煤液化裝置界位計(jì)的改造

馬明洋

（岳陽(yáng)長(zhǎng)煉機(jī)電工程技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

界位計(jì)廣泛適用于石油化工、煤化工、制藥等工業(yè)中，用于各種液體液位、分層界面或比重的連續(xù)測(cè)量，在工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。隨著科技的迅猛發(fā)展，在利用阿基米德原理測(cè)量的浮筒界位計(jì)和靜壓法測(cè)量的雙法蘭界位計(jì)的基礎(chǔ)上，誕生了多種不同測(cè)量原理的新型界位計(jì)，正以其優(yōu)越的性能慢慢登上了界位測(cè)量的歷史舞臺(tái)。

1 工藝概況

煤液化裝置作為世界首套以煤粉、溶劑油、催化劑和氫氣在高溫高壓下反應(yīng)生成煤液化油的裝置，整個(gè)工藝流程是把塊煤磨成納米級(jí)煤粉，再和催化劑、高溫溶劑油混合配成油煤漿，在通過(guò)高壓煤漿泵升壓到18.5MPa送至油煤漿加熱爐，加熱到380℃，此時(shí)加熱的油煤漿再和高溫氫氣混合一起送入懸浮床反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行會(huì)釋放大量的熱，反應(yīng)完成后溫度由380℃升到450℃，在通過(guò)各種閥門(mén)、空冷、分離罐等設(shè)備的減壓、降溫、分離最終提煉出煤液化油的過(guò)程。

2 界位計(jì)故障原因分析

圖1 Fisher DLC3000智能浮筒界位計(jì)清理前后對(duì)比Fig.1 Comparison of Fisher DLC3000 smart buoy boundary gauge before and after cleaning

通過(guò)對(duì)工藝概況的介紹不難發(fā)現(xiàn)在整個(gè)流程中始終有煤粉的存在，在反應(yīng)器進(jìn)行的反應(yīng)也不可能反應(yīng)徹底，煤粉會(huì)隨著介質(zhì)擴(kuò)散到裝置的每個(gè)角落，另外在反應(yīng)器生成煤液化油的同時(shí)，還發(fā)生著一個(gè)副反應(yīng)，即催化劑中的硫酸化亞鐵和向反應(yīng)器加入的液硫在高溫的環(huán)境下生成硫化亞鐵，硫化亞鐵在360℃～390℃之間生成率最大，而工藝要求的反應(yīng)溫度恰好在硫化亞鐵生成率較高的溫度區(qū)間，副反應(yīng)生成的大量硫化亞鐵也會(huì)像煤粉一樣擴(kuò)散到裝置的各個(gè)角落，這些煤粉和和硫化亞鐵會(huì)隨著介質(zhì)在流速相對(duì)較小或相對(duì)穩(wěn)定的分離罐內(nèi)沉積，沉積的過(guò)程中與油、煤粉、硫化亞鐵混在一起形成垢污附著在設(shè)備表面或儀表設(shè)備表面。然而在煤液化裝置內(nèi)多數(shù)的油水分離罐全部采用浮筒測(cè)量，浮筒測(cè)量界位計(jì)的工作原理使用阿基米德定律及力平衡原理來(lái)測(cè)量界位，即浸在液體中的浮筒受到向下的重力，向上的浮力和扭力管回彈力的復(fù)合作用，當(dāng)被測(cè)界位發(fā)生變化時(shí)浮力就會(huì)變化，浮力變化了原來(lái)的平衡就會(huì)被打破，為了再次達(dá)到平衡機(jī)械傳動(dòng)部件使扭力桿的扭力發(fā)生變化，扭力變化使扭力管產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，通過(guò)扭力管末端的磁感應(yīng)元件感知磁場(chǎng)的變化來(lái)反應(yīng)出界位的變化。因?yàn)樾缕胶獾慕⑹强颗ち芘ちΦ淖兓瘉?lái)實(shí)現(xiàn)的，而傳動(dòng)扭力的機(jī)械傳動(dòng)部件和介質(zhì)完全接觸，存在于介質(zhì)中的煤粉、硫化亞鐵也會(huì)在這里沉積，久而久之機(jī)械傳動(dòng)部件活動(dòng)受阻，自然而然界位測(cè)量就會(huì)受到影響。再加上界位測(cè)量的重介質(zhì)為酸性水對(duì)各個(gè)機(jī)械部件長(zhǎng)期腐蝕，使部件之間的活動(dòng)間隙變大，扭力管的彈性系數(shù)下降，這些都會(huì)影響到界位的測(cè)量。圖1為在檢修期間對(duì)浮筒界位計(jì)拆檢清洗前后對(duì)比，可以直觀地看到因煤粉沉積導(dǎo)致傳動(dòng)部件活動(dòng)受阻的情況。

3 新型界位測(cè)量?jī)x表的選型[1,2]

造成界位測(cè)量不準(zhǔn)的原因已經(jīng)基本找到，接下來(lái)就是選一種界位測(cè)量能克服以上不利因素的影響，還能達(dá)到精確測(cè)量，改造的最初階段用雙法蘭來(lái)測(cè)量界位，通過(guò)改造一臺(tái)界位測(cè)量范圍是1400mm，輕介質(zhì)密度是870.26kg/m3，重介質(zhì)密度是951kg/m3的浮筒，通過(guò)計(jì)算儀表的測(cè)量范圍為-0.372KPa～0.696KPa，量程為1.068KPa。投入運(yùn)行后界位波動(dòng)很大，經(jīng)過(guò)分析原因在于測(cè)量的差壓量程太小，1.068KPa的量程外界的微小干擾就會(huì)使測(cè)量發(fā)生很大的變化，這還是1400mm的測(cè)量范圍，還有600mm、800mm的測(cè)量范圍測(cè)量會(huì)更加不穩(wěn)定。

圖2 變送器Fig.2 Transmitter

圖3 探桿Fig.3 Sheath maerial

第二種界位測(cè)量?jī)x表是導(dǎo)播雷達(dá)液位計(jì)，在裝置中使用測(cè)量液位的較多，但是都有一個(gè)共性缺點(diǎn)，導(dǎo)播桿上容易掛料導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)，時(shí)常需要拆檢進(jìn)行導(dǎo)播桿清理。同時(shí)還是考慮成本問(wèn)題，羅斯蒙特5302系列導(dǎo)播雷達(dá)界位計(jì)價(jià)格昂貴，成本高。最終選擇射頻導(dǎo)納的ARD-602和ARD-604系列產(chǎn)品，不但適用工況條件，而且成本低廉。

4 射頻導(dǎo)納界位計(jì)測(cè)量原理及構(gòu)成

射頻導(dǎo)納是一種從電容式發(fā)展起來(lái)的、防掛料、更可靠、更準(zhǔn)確、適用性更廣的新型界位控制技術(shù)，是電容式物位技術(shù)的升級(jí)。所謂射頻導(dǎo)納，導(dǎo)納的含義為電學(xué)中阻抗的倒數(shù)，它由電阻性成分、電容性成分、感性成分綜合而成，而射頻即高頻無(wú)線電波譜，所以射頻導(dǎo)納可以理解為用高頻無(wú)線電波測(cè)量導(dǎo)納。儀表工作時(shí)，儀表的傳感器與灌壁及被測(cè)介質(zhì)形成導(dǎo)納值，界位變化時(shí)，導(dǎo)納值相應(yīng)變化，電路單元將測(cè)量導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換成界位信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)界位測(cè)量。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)安裝方式Fig.4 Field installation

射頻導(dǎo)納液位計(jì)由探桿和變送器兩部分組成，探桿的長(zhǎng)度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量范圍訂做，探桿最里層為中心探桿也就是測(cè)量探桿，外層有屏蔽層防止環(huán)境變化引起干擾影響測(cè)量，絕緣層把中心探桿和屏蔽層包裹進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)還起到了防掛料的作用。探桿與變送器的連接處增加了3/4NPT的螺紋以便于和測(cè)量設(shè)備進(jìn)行密封連接。圖2變送器為ARD-602變送器，標(biāo)定時(shí)采用機(jī)械旋鈕調(diào)整方式，由零點(diǎn)粗調(diào)、零點(diǎn)微調(diào)、量程粗調(diào)、量程微調(diào)、兩個(gè)測(cè)試孔（查看電流的變化）、阻尼調(diào)整幾部分組成。目前隨著技術(shù)的革新變送器ARD-602已經(jīng)升級(jí)到了ARD-604，加入了液晶顯示、按鈕標(biāo)定和HART協(xié)議等先進(jìn)技術(shù)。

5 改造過(guò)程

每一次技術(shù)的改造都會(huì)涉及到成本的核算。煤液化裝置界位測(cè)量?jī)x表數(shù)目接近30臺(tái)，而且安裝方式都是旁通管安裝，改造費(fèi)用不可小覷，為了能用同樣的改造經(jīng)費(fèi)盡可能多地改造儀表，減少維護(hù)人員的工作量，把原來(lái)浮筒的測(cè)量室稍作改動(dòng)用作射頻導(dǎo)納的界位計(jì)的測(cè)量室，然后把原有的測(cè)量室的規(guī)格尺寸發(fā)給廠家，廠家只需要按原有測(cè)量室的規(guī)格尺寸制作變送器和探桿即可，這樣不但節(jié)省了改造費(fèi)用，還縮短了訂貨時(shí)間。目前由于改造資金的問(wèn)題已完成改造的界位計(jì)9臺(tái)，改造后界位計(jì)使用情況良好，故障率大大降低，后期的改造工作會(huì)逐年進(jìn)行，直至完成。

6 射頻導(dǎo)納界位計(jì)的標(biāo)定[3]

界位計(jì)的標(biāo)定有兩種方法：一種為使用電容測(cè)灰箱，這種方法一般出廠使用不做太多介紹；第二種方法用測(cè)量介質(zhì)標(biāo)定，在現(xiàn)場(chǎng)多用這種方法。因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)界位計(jì)有2種變送器，一種機(jī)械旋鈕式標(biāo)定（ARD-602），一種按鈕標(biāo)定（ARD-604）。

ARD-602變送器標(biāo)定方法：首先要保證工藝操控條件下兩種介質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，測(cè)量室內(nèi)完全充滿輕介質(zhì)，把萬(wàn)用表打到mA擋插入測(cè)式孔，調(diào)整零點(diǎn)粗調(diào)和零點(diǎn)微調(diào)使電流輸出4mA，再把測(cè)量室完全充滿重介質(zhì)調(diào)整量程粗調(diào)、量程微調(diào)直到電流輸出20mA，投用儀表觀察界位變化情況，有偏差在用以上辦法重新標(biāo)定即可。

圖5 原浮筒的外筒尺寸Fig.5 Dimensions of the outer barrel of the original buoy

ARD-604的標(biāo)定和ARD-602一樣，只是省去了旋鈕調(diào)整的繁瑣過(guò)程，直接按鍵標(biāo)定或HART通訊標(biāo)定即可。

7 后期維護(hù)保養(yǎng)及相關(guān)注意事項(xiàng)

射頻導(dǎo)納界位計(jì)安裝調(diào)試完成后，后期的維護(hù)保養(yǎng)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

1）裝置檢修結(jié)束，開(kāi)工階段工藝人員會(huì)反應(yīng)界位測(cè)量不準(zhǔn)，其實(shí)不準(zhǔn)的原因是因?yàn)殚_(kāi)工階段介質(zhì)成分和正常生產(chǎn)階段的成分不同，使界位測(cè)量不準(zhǔn)，要等介質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定后就會(huì)正常。

2）裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，要定期對(duì)測(cè)量室上下的兩個(gè)取壓線進(jìn)行疏通，方法是關(guān)閉一個(gè)引壓線對(duì)測(cè)量室的介質(zhì)進(jìn)行排放，這樣另一個(gè)引壓線的雜物就會(huì)被沖出，起到疏通的作用，如果長(zhǎng)時(shí)間不排放，煤粉慢慢沉積會(huì)把引壓線堵塞，使界位測(cè)量不準(zhǔn)。

3）每年大修開(kāi)工穩(wěn)定后對(duì)其進(jìn)行一次標(biāo)定，標(biāo)定方法上文已經(jīng)介紹。

8 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)技術(shù)改造的整體思路有進(jìn)一步的了解，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)提出改造的理由，分析出造成這種故障的原因，以及如何改造才能消除現(xiàn)在故障而不會(huì)增加新的故障點(diǎn)，同時(shí)還要考慮改造費(fèi)用的問(wèn)題，最后是安裝，調(diào)試、投用。只有這樣一步一步地把各項(xiàng)措施落實(shí)到位，降低故障率，保證裝置平穩(wěn)生產(chǎn)，才是一項(xiàng)成功的技術(shù)改造。