工業冷凍系統液位計的改造

陳學勇(青海黃河水電新能源分公司，青海 西寧 810007)

0 引言

某多晶硅生產項目中工業冷凍RF1、RF2和RF3系統氣液分離器磁翻板液位計FISHER供液閥不同程度工作不穩定，具體表現在：

(1) RF1機組系統撬塊FISHER供液閥定位器反饋臂運行時磨下很深的凹槽，閥位無法反饋，導致FISHER供液閥閥動作需要手動調節無法滿足使用要求；

(2) RF3低溫系統撬塊不同程度地出現供液不穩定，經常出現需要人為手動調節，表面上無明顯損壞可能是使用時間較長的金屬疲勞所致；

(3)冷凝器損壞后水進入系統中殼體生銹制冷劑運行后清洗掉銹后沉積到系統的最低部，而液位檢測顯示位置就是系統的最低處導致了液位檢測和磁翻板出現不穩定。

1 項目改造的必要性及可行性

1.1 改造必要性

安裝在氣液分離器上積液柱上下的差壓檢測膜片檢測裝置將上下膜片檢測到的壓力信號送到差壓變送器輸出4～20mA差壓信號。該信號經分解變成2路4～20mA信號，一路送到光柱顯示器另一路送到DANFOSS EKC347進行信號處理，再輸出4～20mA啟動信號給閥門定位器控制閥門開度的大小。

C01車間使用FISHER 667和GX閥門，這兩種閥門有不同的控制方式，只要修改與他們對應的合適控制方式閥門就可以穩定工作，所以將液位從浮球檢測改成差壓檢測，信號輸出從控制氣改成4～20mA。其需要的零部件也是配套的，沒有特別復雜的程序也沒有需要論證的技術問題。

如圖1、圖2所示，液位顯示采用差壓變送器輸出的信號直接光柱顯示準確直觀。

圖1 差壓傳感器套件正面圖

圖2 差壓傳感器套件背面圖

1.2 改造可行性分析

現場光柱液位顯示與實際液位波動平均液位近似(解釋：氣液分離過程中液位會上下波動)。

閥門的動作控制與液位相符合，液位高于“設定值+比例帶+死區”時閥門下行，液位低于“設定值+比例帶+死區”閥門上行，液位等于“設定值+比例帶+死區”閥門靜止。

閥門的動作幅度和時間與“比例帶+死區”有關，“比例帶+死區”在控制器上可調。

氣分的控制液位“設定值”可設置。

安裝在氣分上積液柱上下的差壓檢測膜片檢測裝置將上下膜片檢測到的壓力信號送到差壓變送器輸出4～20mA差壓信號。該信號經分解變成2路4～20mA信號，一路送到光柱顯示器另一路送到DANFOSS EKC347進行信號處理，再輸出4～20mA啟動信號給閥門定位器控制閥門開度的大小。

工業冷凍RF1、RF2和RF3系統氣液分離器磁翻板液位計FISHER供液閥使用FISHER 667和GX閥門，這兩種閥門有不同的控制方式，只要修改與他們對應的合適控制方式閥門就可以穩定工作。而這種修改也是非常成熟的，只是液位從浮球檢測改成差壓檢測，信號輸出從控制氣改成4～20mA。液位顯示采用差壓變送器輸出的信號直接光柱顯示準確直觀。

2 技術改造

將現有的浮筒液位控制器改造成差壓液位控制器，加工與差壓傳感器法蘭相同的法蘭及接管，根據接管大小在液位采集豎管上切割相同大小的孔，安裝加工好的高低位法蘭、傳感器等。主要分為四個部分：

(1)信號檢測單元；

(2)控制處理單元；

(3)驅動單元；

(4)光柱液位顯示裝置。

2.1 信號檢測單元

羅斯蒙特1199型遠傳膜片可組裝到羅斯蒙特3051S、3051型差壓、表壓與絕壓變送器及液位變送器上。操作期間，薄的有彈性的膜片與充灌液把變送器的壓力敏感元件與過程的介質隔離開，毛細管的管路或直接安裝的法蘭把膜片連接到變送器。所以采用ROSEMOUNT3501羅斯蒙特1199型遠傳膜片系統，使用與壓力膜片法蘭對接的法蘭和墊片，與積液柱鏈接的管道(10mm)大于現在的管道直徑(49mm)，在積液柱上開口后焊接接管及法蘭。

2.2 控制處理單元

采用DANFOS 專用液位控制器EKC347作為信號處理單元，EKC347內設目標參數和PID控制，實施檢測到的液位信號在內部處理完成后輸出控制信號4～20mA，到閥門定位器實現液位控制；EKC347同時輸出4～20mA信號通過屏蔽線傳送到FRICK Quantum LX控制中心做實時液位顯示方便操作。

2.3 驅動單元

驅動單元是液位控制改造的核心，把現有的定位器氣源驅動方式改造成數字式驅動定位器(圖3)。改造時原來浮筒檢測裝置去除2500控制器，更換為膜片是差壓檢測和傳感器；定位器的將原來的氣源驅動更改成數字驅動控制的定位器；電磁閥仍然使用AC220V，由機組提供控制電源來實現對供液閥的啟停控制。

圖3 數字式驅動定位器示意圖

2.4 光柱液位顯示裝置

來自信號分配器的4～20mA的液位信號直接接入光柱液位顯示裝置顯示液位(圖4)，從EKC347輸出的4～20mA通過信號電纜傳送到控制中心顯示實時液位(圖5)。

(1)電源供給：由AC220V /DC24V 100W開關電源提供差壓變送器、分配器、控制器、光柱顯示裝置和定位器電源支持。

(2)從EKC347輸出的4～20mA通過信號電纜傳送到控制中心顯示實時液位。

調整光柱液位顯示與時間液位(液位波動的中間值)相當，測定液位輸出4～20mA的值，調整顯示使4mA=0%液位，20mA=100%液位。

圖4 完成后定位器

圖5 完成后的控制箱

3 技術要求

設定DANFOSS EKC347使之符合機組使用工況，調整完畢后生成設定值參數表備份。

使用手持器調試閥門使閥門開度4mA=100%，20mA=0%并調試閥門使其與要求一致。

機組運行調試，設置DANFOSS EKC347調整PID使閥門的動作與實際相協調。

設定控制中心使液位在“用戶自定義”界面中顯示。

積液柱改造工作，旁路接線端子25&5，回收制冷劑取下積液柱上所有部件，完成后裝回。此項不影響開車。

線路調試工作可單獨完成不影響調試工作。

供液閥改造閥門會停止工作，使旁通供液需要適當降低低負荷或者另接管道。此項對負荷有影響。

控制中心改造顯示不影響正常開機。

液位顯示改造對正常運行無影響。

4 結語

工業冷凍系統氣液分離器FISHER供液閥控制改造后機組運行平穩，供液閥定位器問題在液位控制系統改造后問題已被根除，液位控制改造完成后控制正常效果良好。由于閥門動作需要手動調節無法滿足使用要求，改造完畢后滿足蒸發器自動調節的需求，避免機組高液位停機，同時，從而使整個系統工作穩定，并消除壓縮機吸氣帶液等重大安全隱患問題。