淺析吹氣式液位計(jì)在硫磺裝置液硫池上的應(yīng)用

鄢行俊

(中國(guó)石化荊門分公司 儀表車間，湖北 荊門 448002)

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視以及石油石化行業(yè)加工高含硫原油不斷增加的現(xiàn)狀，硫磺回收裝置被廣泛應(yīng)用。硫磺回收裝置在生產(chǎn)過(guò)程中，其產(chǎn)生的液硫主要集中在液硫池中，脫氣后輸送到硫磺成型機(jī)造粒出廠或輸送到液硫罐儲(chǔ)存。為便于液硫的流動(dòng)，液硫池正常溫度為130～155℃，液位控制在60%～80%，氣相溫度不大于170℃且含硫化氫氣體，其中液硫池的液位是測(cè)量的重要參數(shù)之一。但一直以來(lái)由于液硫具有黏度大且易凝固、結(jié)晶等特性，在設(shè)計(jì)中普遍推薦選用雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量其液位，應(yīng)用效果很不理想。為了解決液硫池液位測(cè)量問(wèn)題，根據(jù)介質(zhì)特性和工藝條件，筆者多次試驗(yàn)和驗(yàn)證，確定采用吹氣式液位測(cè)量。該種方案安裝簡(jiǎn)單、投資很少，利用現(xiàn)有的測(cè)量位置進(jìn)行改造，簡(jiǎn)單易行。

1 雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理和優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 測(cè)量原理

中國(guó)石化荊門分公司硫磺回收裝置液硫池液位測(cè)量選用雷達(dá)液位計(jì)，其測(cè)量原理是采用發(fā)射—反射—接收的工作模式，雷達(dá)液位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波，該波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比，關(guān)系式如下：

D=ct/2

式中：D——雷達(dá)液位計(jì)到液面的距離;c——光速;t——電磁波運(yùn)行時(shí)間。

雷達(dá)液位計(jì)記錄電磁波經(jīng)歷的時(shí)間，而電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可算出液面到雷達(dá)天線的距離，從而計(jì)算出實(shí)際的液位。

1.2 雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)

1)雷達(dá)液位計(jì)優(yōu)點(diǎn)。雷達(dá)液位計(jì)技術(shù)先進(jìn)，采用一體化設(shè)計(jì)，無(wú)可動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，采用非接觸式測(cè)量，不受槽內(nèi)液體的密度、濃度等物理特性的影響，使用壽命長(zhǎng)；雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量時(shí)發(fā)出的電磁波能夠穿過(guò)真空，不需要傳輸媒介，在實(shí)際應(yīng)用中，大部分介質(zhì)都能反射足夠的反射波，幾乎能用于所有液體的液位測(cè)量；雷達(dá)液位計(jì)參數(shù)設(shè)定方便，可用液位計(jì)上的簡(jiǎn)易操作鍵進(jìn)行設(shè)定，但實(shí)際功能豐富，維護(hù)需要經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)。

2)雷達(dá)液位計(jì)缺點(diǎn)。雷達(dá)液位計(jì)能否正確測(cè)量，依賴于反射波的信號(hào)。因此，對(duì)安裝位置要求甚嚴(yán)，如果被測(cè)介質(zhì)液面不能將電磁波反射回雷達(dá)天線或在信號(hào)波的范圍內(nèi)有干擾物反射干擾波給雷達(dá)液位計(jì)，雷達(dá)液位計(jì)都不能正確反映出實(shí)際液位。在硫磺裝置運(yùn)行過(guò)程中，由于液硫池介質(zhì)的特點(diǎn)，雷達(dá)液位計(jì)天線表面經(jīng)常出現(xiàn)硫蒸氣結(jié)晶掛料，使得雷達(dá)反射波受到干擾，液位計(jì)測(cè)量受到嚴(yán)重影響。為除去此類干擾反射波的影響，保證準(zhǔn)確測(cè)量，需要儀表維護(hù)人員經(jīng)常拆裝清理天線上的硫蒸氣結(jié)晶物。儀表維護(hù)工作量大、作業(yè)頻繁，且作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有大量硫化氫氣體泄漏，因而大幅增加了維修人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的危險(xiǎn)性。液硫池液位的長(zhǎng)期無(wú)法正常測(cè)量嚴(yán)重影響了裝置的正常運(yùn)行，因此雖然雷達(dá)液位計(jì)技術(shù)先進(jìn)，但不宜應(yīng)用在液硫池這種場(chǎng)合。

2 吹氣式液位測(cè)量原理及改造過(guò)程

2.1 測(cè)量原理

吹氣式液位計(jì)是應(yīng)用靜壓平衡原理測(cè)量液位，如圖1所示。

圖1 吹氣式液位計(jì)工作原理示意

圖1中，凈化風(fēng)空氣(穩(wěn)定的壓力，宜用儀表風(fēng))經(jīng)過(guò)過(guò)濾減壓閥后，再經(jīng)定值器輸出一定的壓力，經(jīng)節(jié)流元件后分兩路：一路進(jìn)到安裝在容器內(nèi)的導(dǎo)管，由容器底部吹出；另一路進(jìn)入壓力計(jì)進(jìn)行指示。當(dāng)液位最低時(shí)，氣泡吹出沒(méi)有阻力，背壓為為零，壓力計(jì)指示零；當(dāng)液位增高時(shí)，氣泡吹出要克服液柱的靜壓力，背壓增加，壓力指示增大。因此，背壓即壓力計(jì)指示的壓力大小，反映了液面的高低。

用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，如圖2所示。凈化后的壓縮空氣經(jīng)過(guò)減壓閥后，進(jìn)入恒流器(限流孔板)，再經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，以一定流量均勻地送入吹氣測(cè)量管，當(dāng)長(zhǎng)吹氣測(cè)量管內(nèi)氣體壓力高于其下端到液面的液柱靜壓時(shí)，該吹氣測(cè)量管下端便連續(xù)不斷地吹出氣泡。由于吹氣量很小，在忽略管道阻力等其他影響因素的情況下，可以認(rèn)為差壓變送器的高壓腔所受的壓力等于長(zhǎng)吹氣測(cè)量管內(nèi)的壓力。由于另外一個(gè)吹氣測(cè)量管插入較淺且不和液體接觸，雖然有一定流量的氣體通過(guò)，在忽略了管道阻力等影響因素的情況下，差壓變送器低壓腔所受的壓力等于大氣壓力(測(cè)量環(huán)境在常壓時(shí))，即不受壓力。因此，差壓變送器所測(cè)量的差壓值Δp等于長(zhǎng)吹氣測(cè)量管下端到液面的液柱靜壓值。

圖2 差壓變送器測(cè)量液位工作原理示意

液位計(jì)算：

h=Δp/ρg

式中：Δp——變送器的差壓;ρ——液體密度;h——液位高度。被測(cè)液體的液位與差壓變送器的差壓測(cè)量值呈線性關(guān)系。

2.2 改造過(guò)程

液硫池是地下儲(chǔ)罐，在原有雷達(dá)液位計(jì)安裝位置上用相同規(guī)格的平面法蘭取代，法蘭中心加工成卡套連接孔，下部連接伸入儲(chǔ)罐內(nèi)部的吹氣測(cè)量管，上部連接儲(chǔ)罐外部的導(dǎo)氣管。伸入儲(chǔ)罐內(nèi)部的吹氣測(cè)量管管口距離設(shè)備底部5～10cm，外部引吹氣氣源到該表附近，按原理圖分別配管安裝減壓閥、恒流器、差壓變送器、吹氣測(cè)量管等。安裝完畢后，根據(jù)液硫池深度算出差壓變送器量程并設(shè)定好，同時(shí)在DCS上組態(tài)相應(yīng)參數(shù)。投入使用后效果良好，克服了雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用不足，解決了硫磺裝置液硫池液位的測(cè)量問(wèn)題。

3 吹氣式液位計(jì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1)由于吹氣式液位計(jì)將壓力檢測(cè)端移至頂部，其使用維修都很方便，因此很適用于像液硫池之類地下儲(chǔ)罐等場(chǎng)合。

2)吹氣測(cè)量管不易堵塞，如果出現(xiàn)堵塞的情況只需將氣源開(kāi)大即可解決，如果把吹氣測(cè)量管換成蒸汽夾套管，基本上就解決了堵塞的問(wèn)題，不會(huì)出現(xiàn)雷達(dá)液位計(jì)天線上硫蒸氣結(jié)晶、掛料影響測(cè)量的問(wèn)題。

3)吹氣式液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單方便無(wú)需專門培訓(xùn)、工作量小，在安全生產(chǎn)和維護(hù)方便方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

4 吹氣式液位計(jì)應(yīng)用方面的不足

吹氣式液位計(jì)在硫磺裝置液硫池上應(yīng)用也有一些不足之處：

1)因是吹氣式測(cè)量，大多數(shù)情況下需要有連續(xù)的空氣流或氣體流，因而要消耗部分氣體。由于吹氣測(cè)量管與介質(zhì)接觸，故要求吹氣測(cè)量管要耐介質(zhì)腐蝕，并且在停氣時(shí)要注意避免介質(zhì)引入變送器。在裝置停工和停氣時(shí)，還要避免吹氣測(cè)量管線的堵塞。

2)吹氣測(cè)量管的長(zhǎng)管管口應(yīng)距離設(shè)備底部5～10cm， 以利于吹氣測(cè)量管中氣泡的逸出，這部分的高度為液位測(cè)量的盲區(qū)。當(dāng)實(shí)際液位處于盲區(qū)時(shí)，將無(wú)法根據(jù)該液位計(jì)來(lái)判斷液位。

3)由于吹氣壓力、流量、介質(zhì)溫度、密閉容器的壓力等因素對(duì)測(cè)量精度有影響，因而需要合理地選擇吹氣流量、吹氣壓力、工作壓力等參數(shù)值的范圍，以滿足吹氣裝置精度、穩(wěn)定性的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

吹氣式液位計(jì)在該廠硫磺裝置液硫池上成功應(yīng)用，效果良好，相比其他液位計(jì)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且已將其成功推廣到同裝置液硫罐液位的測(cè)量以及硫酸裝置的酸液儲(chǔ)罐的液位測(cè)量上，均取得了良好效果，根本解決了該廠液硫液位的測(cè)量問(wèn)題。

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