大型氧化反應器液位測量方案

董康

摘 要：氧化反應器是過氧化二異丙苯（DCP）生產工藝中至關重要的設備。因此，氧化反應器的液位監控顯得尤為重要。如采用傳統差壓法測量氧化反應器的液位，通過計算分析發現：傳統差壓液位測量法的誤差偏大，不能滿足工藝要求。該項目采用了電子遠傳液位變送器對氧化反應器的液位進行測量。不但解決了測量精度問題，且安裝、維護方便。

關鍵詞：氧化反應器 液位監控 電子遠傳液位變送器

中圖分類號：TH81 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（c）-0059-02

Abstract： Oxidation reactor is an important equipment in DCP production process. So the monitoring of the level of the oxidation reactor is particularly important. If we measure the level of oxidation reactor by the traditional differential pressure method， By calculating and analyzing， well find that the traditional differential pressure method can not meet the technical requirements， because the error is too large. We select the electronic remote sensor to measure the level of oxidation reactor in the project. We overcome the measuring error by using the electronic remote sensor， and its installation， maintenance is very convenient.

Key Words：Oxidation reactor；Level monitoring；Electronic remote level transmitter

液位是石油化工生產過程中重點監控的四大過程參數之一。工藝設備內物料液位的測量是否真實準確，往往直接影響工藝生產，甚至關系到安全生產問題。氧化反應器是DCP（過氧化二異丙苯）裝置中最主要的反應設備。因此，設計中根據生產工藝的特點，選擇恰當的液位測量方法對氧化反應器的液位進行準確測量，對DCP裝置的生產顯得尤為重要。

1 問題提出

位于浙江的某化工企業新建50 000 t/年DCP裝置。其氧化工段為連續生產工藝，此工段內有四套大型氧化反應器，這四套氧化反應器相互串聯。氧化反應器外形尺寸：直徑：Ф2 800 mm，總高：26 320 mm。液位測量取壓口間距：h2-h1=21 700 mm。氧化反應器操作壓力：0.15～0.2 MPa（G）。如采用傳統差壓液位測量方法，其管路安裝圖如圖1所示。

圖1中：ρ1為氧化反應器內物料密度；ρ2為隔離液密度；H為氧化反應器內物料液位；h2-h1為液位測量取壓口間距。

根據差壓液位測量原理可得知，差壓液位變送器正負室的壓差ΔP應滿足公式[1]：

ΔP=ρ1gH+ρ2gh1-ρ2gh2，ΔP=ρ1gH-（h2-h1）ρ2g （1）

由（1）式我們可清楚的發現，當ρ2不變時，對差壓液位變送器做負遷移后[3]，差壓液位變送器檢測的壓差ΔP將與氧化反應器內物料液位H成線性關系。對變送器做負遷移問題這里不再贅述。

由（1）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2g]/ρ1g （2）

由于該裝置為戶外裝置，故隔離液的溫度將難免受環境溫度或伴熱溫度的影響。當隔離液溫度發生變化后，即ρ2變化后，而變送器參數保持不變時，則由（1）式可知ΔP必然將發生變化，那么，氧化反應器液位指示值H也必然發生相應變化。液位測量由此產生誤差。

現在我們假設在環境溫度為25 ℃時將差壓液位變送器校準好，氧化反應器內物料液位保持在H=7 m處，隔離液為水。物料密度ρ1=0.91 g/mL，25 ℃時ρ2=0.997 g/mL。那么，由（2）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g （3）

式中ρ2（25）為25 ℃時隔離液密度。此時H為實際液位值。當隔離液溫度升至35 ℃時，液位變送器參數不變，但ΔP將變為ΔP（35），ΔP（35）=ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g （4）

由此導出：H（35）=[ΔP（35）+（h2-h1）ρ2（25）g]/ ρ1g=[ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g= H-（ρ2（35）-ρ2（25））×（h2-h1）/ρ1 （5）

由（5）式得知：當隔離液溫度升至35 ℃時，液位指示值H（35）比實際液位H增加了（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1。代入數值后，得知：當隔離液溫度由25℃升至35℃后，液位測量誤差為：ΔH（25）=（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1≈71.5 mm。此時測量值的相對誤差為：ΔH（25）/H=71.5/7 000=0.010 2≈1%。氧化反應器內物料體積偏差：ΔV=π（D/2）2×ΔH（25）≈0.44 m3。由此可見，采用傳統差壓液位測量方法時，當隔離液溫度變化時，其液位測量誤差還是較大的。

由于該項目氧化反應器的液位測量取壓口間距太大，h2-h1=21 700 mm，雙法蘭帶毛細管差壓液位變送器也無法適用。

2 解決方案

為解決氧化反應器的液位測量問題，通過多方比較，我們最終采用了Rosemount 3051S/ERS電子遠傳液位變送器系列。該系列變送器由2個3051S壓力傳感器構成。高壓側為主傳感器，低壓側為副傳感器。主、副傳感器間采用CAN通訊協議通訊。通訊纜采用雙絞屏蔽線即可，無需專用電纜。主傳感器配有一專用計算模塊，主傳感器接收高壓側壓力信號，并與副傳感器傳遞過來的信號進行差壓計算，然后將差壓轉換成4～20 mA模擬信號輸出至控制系統進行監控。其安裝方式見圖2。

3 Rosemount 3051S/ERS電子遠傳液位變送器方案的優點

（1）安裝、維護方便。

此方案省去了傳統差壓液位測量方法中的引壓管、隔離液等。減少了安裝、維護的工作量，減少了安裝材料費用。同時也避免了隔離液保溫、伴熱、泄漏等問題。

（2）響應快、精度高、穩定性好。

Rosemount 3051S/ERS的響應時間為0.5 s。根據Rosemount公司提供的數據，雙法蘭帶毛細管差壓液位變送器，當毛細管長度為10英尺時，其響應時間為2.5 s。3051S/ERS電子遠傳液位變送器測量精度高且不受環境溫度發生變化的影響。

（3）建立真正的零基準差壓測量。

（4）減少了備品備件。

（5）Rosemount 3051S/ERS電子遠傳液位變送器功能強。

3051S/ERS除了提供液位計算外，還可以提供每個壓力傳感器的測量值及物料體積測量值等。

4 結語

電子遠傳液位變送器很好地解決了大型氧化器的液位測量問題。在石油化工設計中，常常會碰到大型容器、塔器的液位測量問題。尤其在環境惡劣地區，電子遠傳液位變送器是一種較好的液位檢測手段。另外，由于其安裝方便，就設備改造項目而言，該方案也值得借鑒。

參考文獻

[1] 陸德民.石油化工自動控制設計手冊[M].化學工業出版社，2001.

[2] HG/T 20507-2014，自動化儀表選型設計規范[S].2014.

[3] 成欽炳.實用化工測量與成分分析儀表[M].江蘇科學技術出版社，1986.