電子遠傳差壓液位計在HT-L煤氣化中的應用

郭宏遠 高 原

(航天長征化學工程股份有限公司)

電子遠傳差壓液位計在HT-L煤氣化中的應用

郭宏遠 高 原

(航天長征化學工程股份有限公司)

以氣化爐激冷室的液位測量為例，簡單介紹原有的測量方案與雙法蘭式差壓液位計在實際應用中出現的問題，進而提出了改用電子遠傳差壓液位計的改造方案，并詳細介紹其工作原理、優勢、應用和在安裝過程中需要注意的事項。

電子遠傳差壓液位計 HT-L煤氣化 激冷室液位

HT-L煤氣化工藝是目前廣泛應用的先進粉煤加壓氣化技術，它將原料煤粉經過磨碎干燥后，加壓輸送至航天氣化爐內。氣化爐采用加壓氣流床工藝，干粉煤與氧氣、蒸汽在高溫高壓下，進入爐膛內進行氣化反應，反應生成的合成氣(主要成分為CO和H2)和熔渣在激冷室經激冷水和水浴冷卻，渣排入爐外回收利用，合成氣經洗滌塔洗滌除塵后進入下游系統。

整個HT-L煤氣化項目的工藝流程較長、工藝介質較多且工況復雜，整個裝置涉及大量的腐蝕性介質(如灰水、渣水及黑水等)，需要進行液位的測量，涉及的主要設備有氣化爐激冷室、合成氣洗滌塔及高低壓閃蒸罐等。這類介質的共同特點是臟污、含有懸浮固體顆粒、粘度高、具有腐蝕性，普通的差壓液位計難以勝任這類介質的測量，在航天長征化學工程股份有限公司以往的項目中一直采用雙法蘭式差壓液位變送器并加裝沖洗吹掃的方式進行測量。根據現場的實際使用反饋，雙法蘭差壓液位計的測量效果并不理想且日常維護量大，因此公司在后續的項目中改用了新型的電子遠傳差壓液位計。

1 原液位測量方案簡介

2 雙法蘭差壓液位計存在的問題

采用雙法蘭差壓液位計進行HT-L氣化爐激冷室液位的測量，雖然能夠基本滿足測量要求，但是由于介質的特殊性與現場工況的復雜性，實際應用中仍然存在以下幾點問題，導致測量精度降低，日常操作與維護量較大，變送器的使用壽命縮短：

a. 零點遷移誤差。使用雙法蘭差壓液位計測量液位時必須計算零點遷移量，變送器的量程和遷移量與變送器的正向和負向取壓孔之間的距離成正比[1]。由于氣化爐激冷室內介質的密度與毛細管內硅油的密度均是理論值，在實際開停車操作中，由于爐內壓力與溫度的大幅變化，被測介質的密度并不固定，儀表初始設計時計算得出的理論零點遷移量與實際值存在一定的偏差，從而導致液位測量失準。同時，又由于差壓變送器正、負取壓端法蘭所接觸的介質溫度不同，使得變送器兩端毛細管內的密封液(硅油)膨脹不一致，又會產生新的零點漂移[2]。

圖1 原氣化爐激冷室液位測量方案

b. 毛細管影響。使用雙法蘭差壓變送器測量液位，毛細管是造成測量誤差的主要因素之一。首先，毛細管的長度不能過長，單根一般不超過10m。如果毛細管設計過長，現場安裝與維護難度將大幅增加，同時也減慢變送器正、負兩端壓力信號的傳遞速度，造成響應滯后，導致測量誤差。其次，毛細管內填充液容易受環境溫度的影響。為測量高溫介質，需要選用耐高溫的硅油，而此種硅油在環境溫度過低時粘滯度會增加，從而對壓力變化的時間響應過慢，甚至無法正確測量。所以對于環境溫度變化比較大的地區，如內蒙古等，還要考慮對毛細管采取保溫伴熱措施。

c. 引壓管堵塞。使用雙法蘭差壓液位計測量氣化爐激冷室的液位，由于正、負引壓管所接觸的被測介質黑水與合成氣中均含有大量的微小顆粒，具有極大的沉積性，當測量裝置長期運行時，引壓管內會逐漸淤積臟污介質，造成引壓管堵塞[3]。因此，在項目設計時，對下端取壓口采取斜插法蘭的安裝方式，并對上下取壓口加裝沖洗環，引入高壓密封水進行連續沖洗，用以清除變送器膜盒上的沉積物，另外也可以對變送器的膜盒降溫[4]。但是運行一段時間后，引壓管仍然會產生堵塞結垢的現象，造成液位測量誤差。為消除此影響，曾經考慮加大沖洗水量，但是沖洗水量過大會造成一定的渦流，導致壓力傳感誤差，并且會沖壞膜盒。因此設計上采用3臺雙法蘭差壓液位計的冗余配置方案，以勉強滿足測量要求。

d. 膜片腐蝕。因為作為被測介質的合成氣與黑水，除了都具有腐蝕性外，還含有大量的H+，會對長期接觸的膜片產生析氫腐蝕，導致液位測量誤差。為此，在項目設計選型時已經選用了成本較高的316L加厚鍍金膜片，并加裝沖洗裝置進行不間斷的沖洗，能夠在一段時間內保障測量效果，但是在運行一段時間后，仍然需要定期更換膜片，以保證測量精度。

3 電子遠傳差壓液位計

基于以上所列的實際應用中出現的問題，公司在新的項目中改用了新型的電子遠傳差壓液位變送器，取代雙法蘭差壓液位計。

電子遠傳差壓液位計，即電子遠傳差壓液位變送器，采用兩個壓力變送器(傳感器)分別測量被測罐體高、低壓側的壓力，高壓側作為主傳感器，低壓側作為副傳感器，再通過電纜將副傳感器的壓力信號傳遞至主傳感器(或額外的變送器)中進行壓差計算，計算完成后轉換為標準的兩線制4～20mA信號輸出至DCS系統進行監控[4,5]。電子遠傳差壓液位計的測量原理如圖2所示。

圖2 電子遠傳差壓液位計的測量原理

目前生產電子遠傳差壓液位計的主流廠家僅有羅斯蒙特、E+H(Endress+Hauser)兩家。羅斯蒙特的3051S ERS (Electronic Remote Sensor)電子遠傳變送器系統，是使用一主一副兩個壓力傳感器，將副傳感器的壓力信號引至主傳感器中進行壓差計算，再轉換成標準信號輸出。而E+H的Deltabar FMD72產品與羅斯蒙特不同的是，采用兩個壓力傳感器+一個變送器的結構，將高、低壓側傳感器的壓力信號傳遞至變送器中進行壓差計算與信號的輸出，變送器使用安裝支架固定在被測容器旁。

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4 選型與應用

經過綜合比較，目前在內蒙古伊泰杭錦旗項目上采用羅斯蒙特3051S電子遠傳變送器系統，采用“兩個3051SAM壓力變送器+1199系列密封系統+雙側密封水沖洗”的方式來進行氣化爐激冷室液位的測量。

新型的測量方案如圖3所示。主、副壓力傳感器均選用3051SAM壓力變送器，主傳感器安裝在氣化爐激冷室底部的取壓位置，即高壓側；副傳感器安裝在上部的取壓口，且保證在最高液位之上，即低壓側。過程連接口均采取1199系列密封系統，法蘭式連接。膜片材料為316L加厚鍍金處理，并加裝“熱優化器”擴展功能，使傳感器膜盒內的填充液不再受到環境溫度的影響。為防止膜盒沉積結垢，對高、低壓側的過程接口處采用高壓密封水持續沖洗。電纜選擇屏蔽雙絞線，采用CAN總線協議。

電子遠傳式差壓液位變送器在安裝時應注意以下幾點：

a. 兩個壓力傳感器都可以用作液位計算的主變送器，但是測量低壓的傳感器必須安裝在罐體的最高液位之上；

b. 避免在加料區、泵的抽吸區域或攪抖器等壓力脈沖信號能影響到被測容器的區域內安裝壓力傳感器。

5 優勢

與雙法蘭差壓液位計相比，電子遠傳差壓液位計具有的優勢如下：

a. 兩個壓力變送器分別測量高、低壓側的壓力值，再傳至主變送器中計算壓差，不再需要進行零點遷移計算;

b. 取消了傳統的導壓管與毛細管，也不需要對毛細管再進行額外的保溫伴熱措施，并且不再受被測罐體高度的制約，簡化了設備的安裝與維護，避免了傳統導壓管常見的泄漏、堵塞及冷凝等問題；

c. 采用電子遠傳系統，傳感信號采用數字傳輸方式，使用標準電纜取代了傳統的機械管路，縮短了信號響應時間，減少了測量誤差的積累，消除了環境溫度影響造成的測量偏差，保障了測量的準確性與穩定性；

圖3 采用電子遠傳差壓液位計的氣化爐激冷室液位測量方案

d. 電子遠傳液位變送器系統除了液位計算之外，還可以分別計算和傳輸每個傳感器的溫度與壓力，實現多參數測量，為過程優化控制提供額外的信息，極大地擴展了儀表的可用性[6]。

6 結束語

電子遠傳差壓液位計作為一種新興的智能化液位測量方式，具有可靠性高、穩定性強的特點，特別適用于有環境溫度影響下的腐蝕性、易結晶或凝固、高粘稠、高溫及懸濁等過程介質的液位測量和超高有壓罐體的液位測量。盡管目前生產廠家較少，但對比傳統的雙法蘭式差壓液位計有著不可替代的優勢，減少了裝置的“跑、冒、滴、漏”現象，減小了現場儀表工的日常操作與維護工作量，降低了全廠的能耗，全面提高了整個裝置的環保質量。

[1] 楊云龍.氣化爐激冷室液位的測量與控制[J].廣州化工,2010,38(3)：168～169.

[2] 劉子云.一種全新的消除雙法蘭智能差壓變送器液位測量誤差的方法[J].化工自動化及儀表,2014,41(9)：1003～1006.

[3] 李國偉.激冷室液位顯示不正常的原因分析[J].氮肥技術,2015,36(6)：39～41.

[4] 董康.大型氧化反應器液位測量方案[J].工業技術,2016,(3)：59～60.

[5] 薛永強.液氨儲罐液位計選型探討[J].儀器儀表用戶,2016,23(5)：39～41.

[6] 梁飛.氧化反應器液位測量失準分析及解決方案[J].石油化工自動化,2014,50(6)：41～44.

TH816

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1000-3932(2017)04-0415-04

2016-10-14，

2017-02-24)

郭宏遠(1984-)，工程師，從事煤化工自動化設計工作，18611085056@163.com。