WSA制酸鍋爐液位測量可靠性研究

吳田均

(攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠,四川攀枝花 617000)

WSA制酸鍋爐液位測量可靠性研究

吳田均

(攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠,四川攀枝花 617000)

介紹WSA制酸工藝中廢熱鍋爐汽包液位測量的設計、選型及優化改進,闡述了如何使用智能差壓變送器,實現對鍋爐汽包水位的安全、可靠、準確的測量與控制,包括引壓管的鋪設、變送器安裝、量程設定、零點遷移和調試技巧。

鍋爐液位;變送器;可靠;測量

1 引言

攀鋼煉鐵廠回收脫硫制酸引進丹麥托普索公司WSA制酸工藝,該工藝步驟為:酸性氣焚燒→NOX還原成N2→SO2轉化成SO3→硫酸冷凝并冷卻→產物和過熱蒸汽換熱。其中酸性氣體在焚燒爐中焚燒后,進入廢熱鍋爐與過熱蒸汽換熱。廢熱鍋爐汽包壓力達到5.0 MPa,溫度達到400℃,為確保鍋爐汽包在高溫高壓下安全、可靠運行,必須實時監控鍋爐汽包的壓力、溫度、液位等參數。其中液位檢測調節至關重要,液位檢測不準,調節不及時,極易發生爆炸事故,給企業帶來巨大的損失。

2 設備現狀及缺陷

原來鍋爐汽包設計、安裝使用的是BW25浮筒式液位計,其結構圖見圖1,由浮筒室、浮筒、電動系統及電子測量系統等組成。測量原理是浮筒浸沒在浮筒室內的液體中,與電動系統剛性連接,浮力閥系統承受的力是浮筒自重減去浮筒所受的浮力的凈值,在這種合力作用下控制浮力閥。浮筒室內液體的位置、密度或界位高低的變化引起浸沒在液體中的浮筒受到的浮力變化,從而使扭管轉角也隨之變化。該變化被傳遞到與扭力管剛性連接的傳感器,使傳感器輸出電壓變化,繼而被電子部件放大并轉換為4～20 m A電流輸出傳入DCS系統,在上位機實時顯示鍋爐汽包液位值。

圖1 BW25浮筒式遠傳液位計

由于長時間處于高溫高壓環境,浮筒內彈簧測量平衡機構腐蝕老化損壞,多次修復,液位測量反應慢,精度下降,以往曾出現鍋爐干鍋現象,直接原因就是液位顯示誤差大造成的。

BW25浮筒式遠傳液位計為德國科隆產品,備件價格昂貴,供貨周期長,一般為5個月的制作周期,無法滿足備件儲備的需求。

此外,由于該液位計的檢測元件直接接觸高溫高壓介質,無法在線檢修調試,一旦設備出現故障,只能被迫停產,使WSA制酸系統無法正常安全生產,造成停產損失。

3 優化改進方案

3.1 測量方法及測量原理

通過對多種液位檢測儀表的比對,我們選擇使用智能差壓變送器替換浮筒液位計測量。差壓式變送器的工作原理:來自雙側導壓管的差壓直接作用于變送器傳感器雙側隔離膜片上,通過膜片內的密封液傳導至測量元件上,測量元件將測得的差壓信號轉換為與之對應的電信號傳遞給轉換器,經過放大等處理變為標準電信號輸出,把液位高度變化轉換成差壓變化,通過DCS系統軟件計算出液位的高度。

3.2 設備選型計算

ROSEMOUNT 3051型差壓變送器在我廠應用非常廣泛,體積小巧,安裝維護方便,智能型數字式差壓變送器精度可達到0.025%,完全滿足工藝需求。

差壓變送器壓力范圍的計算,見圖2。

圖2 壓力計算

(1)變送器量程:P0=P1-P2

=(ρ×g×H+P)-(ρ×g×H2+P)

=ρ×g×H-ρ×g×H2

=900×9.8×0.74-900×9.8×0

=6.526 k Pa

(2)負遷移量:P3=ρ1×g×H

=1000×9.8×(-0.74)

=-7.252 kPa

式中:ρ—被測介質密度900 kg/m3;

G—重力加速度9.8 m/s;

H—被測液位的高度0.74 m;

H2—上法蘭受壓點液位高度0 m;

ρ1—冷凝隔離液體密度1000 kg/m3。

經過數據收集、計算,選用3051GP3A2B 21BB4E5M5D1T1差壓變送器,實際安裝應用零點為-7.252 kPa,量程上限為-0.726 kPa。

3.3 安裝方式

經現場工藝研究、數據收集,確定安裝方式,消除影響測量準確度因素,利用原液位計上下法蘭取出口,在上下法蘭取出口一次開閉器后分別安裝冷凝罐,冷凝罐下端接引壓管,引壓管后安裝二次開閉器及排污閥,見圖3。

圖3 差壓測量安裝方式

4 儀表安裝注意事項

(1)對差壓變送器進行校準,使用壓力校驗儀進行量程校驗。

(2)冷凝罐制作安裝時注意要垂直地面。

(3)差壓變送器安裝位置要低于負引壓管。

(4)焊接的冷凝罐、引壓管等要做打壓防漏實驗。

(5)接線調試過程中,接線牢固,同時使用HART手操器設定參數,見圖4。

(6)在加冷凝隔離液時一定要加滿,確保負遷移量準確。

5 儀表調試

儀表安裝完成后使用375通訊器設置零點和量程。變送器內部設置LRV,也就是變送器的零位,此時變送器輸出電流4 m A;容器液位最高時,差壓值為0,對應于變送器內部設置URV,也就是變送器的滿度,此時變送器輸出電流20 m A。變送器零位的遷移,使用遷移螺釘將測量起始點或滿程輸出調整到相應位置或用手操器將遷移量直接輸入。差壓變送器的測量范圍等于量程和遷移量之和,即測量范圍=量程范圍+遷移量。所以,正、負遷移的實質是改變差壓變送器量程的上、下限值,而量程的大小不變。

圖4 儀表接線圖

6 應用對比

(1)差壓變送器只有膜片接觸冷凝隔離液,不直接接觸介質,使用壽命較長;浮筒液位計浮筒、彈簧等測量平衡機構都接觸介質,容易腐蝕老化損壞。

(2)智能差壓變送器調校方便,可直接在線用通訊器調試零點、量程和遷移量;浮筒液位計需在工作現場使用灌液法或浮筒液位計用掛重法校驗,繁瑣且不可在線實施。

(3)差壓變送器精度可達到0.025%,測量穩定,準確度高;BW25浮筒式遠傳液位計精度1.5%,彈簧平衡機構容易老化變形,降低測量精度和穩定性。

(4)差壓變送器體積、價格、通用性與浮筒液位計相比都有優勢。

7 結束語

對WSA廢熱鍋爐汽包液位檢測改造以來,未發生液位檢測不準或故障,儀表運行穩定,和現場磁翻板液位計顯示一致,智能差壓變送器在鍋爐汽包液位測量上的使用是較為成功的,值得在化工企業廣泛應用。

[1] 莊紹君.儀表安裝與調試-儀表維修工技術問答[M].北京:化學工業出版社,2008.

[2] 劉麗華.2010年版圖書自動檢測技術及應用[M].北京:清華大學出版社,2010.

The Study on the Reliability of Liquid Level Measurement of the Process of WSA Sulphuric Acid Production

WU Tian-jun
(The Iron Making Plant of Pan Zhihua Iron and Steel Corporation,Panzhihua 617000,Sichuan,Chani)

This paper introduces the design、selectionand improvement of liquid level meter of boiler drum in the process of WSA Sulphuric acid production,how to safe,reliable and accurate measurement and control the liquid level of boiler drum by using smart differential pressure nsmitter,including Laying of pipelines,Installation,rangesetting,zero shift anddebugging skills of the transmitter.

liquid level in boilers,transmitter,reliability,measure

TF09

A

吳田均,技師,主要從事儀表自動控制與檢測應用方面的工作。

1001-5108(2016)06-0041-05