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化工行業(yè)

高溫型音叉液位開(kāi)關(guān)用于尿素合成塔中的液位測量

  尿素是農業(yè)生產(chǎn)中的一種重要肥料,在農業(yè)生產(chǎn)中起著(zhù)非常關(guān)鍵的作用,需求量極大。為滿(mǎn)足農業(yè)生產(chǎn)的需要,每年需要生產(chǎn)供應大量的尿素。尿素的生產(chǎn)工藝流程是以原料煤利用蒸汽和空氣為汽化劑,在煤氣反應爐內產(chǎn)生半水煤氣,經(jīng)甲醇、烴化等工藝將氣體凈化,除去雜質(zhì)后,將純凈的氮氫混合氣體壓縮合成為氨,與凈化壓縮后的二氧化碳同氨一起送入尿素合成塔,在高溫高壓下合成尿素。
  為保證整個(gè)尿素生產(chǎn)的順利進(jìn)行,離不開(kāi)對尿素生產(chǎn)過(guò)程中液位的測量和控制。其中最為關(guān)鍵的是對尿素合成塔的液位測量與監控。這是因為尿素合成塔具有非常惡劣的工況,對儀表也有十分苛刻的要求。這突出表現在尿素合成塔高溫高壓的應用環(huán)境中,其壓力和溫度分別達到3Mp和200℃。除高溫高壓外,尿素合成塔的工況也具有較強的腐蝕性和爆炸性危險。有關(guān)尿素合成塔爆炸的新聞,在國內外時(shí)有發(fā)生,近年在我國山東和河北就有兩起尿素合成塔爆炸事故發(fā)生。據分析爆炸的誘因是內襯腐蝕泄漏,層板應力腐蝕開(kāi)裂和原始制造缺陷等致層板局部開(kāi)口開(kāi)裂,引起“爆沸”爆炸。尿素合成塔的這些復雜工況,客觀(guān)上要求液位測量?jì)x表除具有耐高溫和高壓的特性外,還能耐受較強的腐蝕性,具有較高的防爆等級。
  市面上可選擇的液位開(kāi)關(guān)很多,有接觸式的有電容式液位開(kāi)關(guān)、射頻導納液位開(kāi)關(guān)、浮球液位開(kāi)關(guān)、以及音叉液位開(kāi)關(guān)等。那么,在尿素合成塔這樣的嚴苛的工藝條件下,哪些液位開(kāi)關(guān)較為適合呢?
  電容式液位開(kāi)關(guān)的工作原理是:液位高低變化導致探頭被覆蓋區域大小發(fā)生變化,從而導致電容值發(fā)生變化。探頭與罐壁(導電材料制成)構成一個(gè)電容。當罐體中有物料注入時(shí),電容值將隨探頭被物料所覆蓋區域面積的增加而相應地增大,通過(guò)檢測電容值的變化輸出開(kāi)關(guān)報警信號。由于電容式液位開(kāi)關(guān)的探頭由絕緣材料PTFE制成,當放置在溫度接近200℃的介質(zhì)中時(shí),其耐壓能力較弱,尿素合成塔的壓力遠超過(guò)探頭所能承受的范圍。并且,探頭絕緣材料在高溫下分子間隙變大,尿素易滲透進(jìn)絕緣套內,易造成儀表指示異常。
  從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的射頻導納物位控制技術(shù),與電容式物位控制技術(shù)相比,增加了放掛料電路設計,在粘附性物料上有一定的優(yōu)勢,但是在高溫高壓的環(huán)境下電極的損壞無(wú)法避免。這是由于探頭的絕緣層與金屬電極主要通過(guò)滾壓工藝制作完成,很不耐壓,在高壓環(huán)境下彼此之間易產(chǎn)生間隙從而影響儀表的準確測量。探頭如果出現故障,只能重新更換,而這無(wú)疑增加了額外開(kāi)支。
  浮球液位開(kāi)關(guān)是基于浮力和靜磁場(chǎng)原理設計而成。浮球(帶有磁體)在被測介質(zhì)中的位置受浮力作用影響,隨著(zhù)液位的變化,浮球的位置也發(fā)生變化。浮球中的磁體和傳感器(磁簧開(kāi)關(guān))作用,產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號。但浮球液位開(kāi)關(guān)不適合尿素合成塔中的高壓高溫工況,且測量可靠性低,其機械式結構拆卸、清潔也很復雜。
  音叉液位開(kāi)關(guān)的測量原理是通過(guò)安裝在基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動(dòng)而工作的。當音叉液位開(kāi)關(guān)的音叉與被測介質(zhì)相接觸時(shí),音叉的頻率和振幅將改變,通過(guò)檢測這一物理量的變化輸出開(kāi)關(guān)報警信號。音叉液位開(kāi)關(guān)的這一特性使其幾乎不受泡沫、湍流、振動(dòng)、固體含量的影響,可以消除飛濺,避免誤報警。在耐溫方面,普通款可耐150℃,通過(guò)采用增加高溫延長(cháng)套管的形式耐溫可達250℃,能夠滿(mǎn)足尿素合成塔的溫度要求。

高溫型音叉液位開(kāi)關(guān)用于尿素合成塔中的液位測量

  近期,計為Ring-11高溫型音叉液位開(kāi)關(guān)成功用于某化肥廠(chǎng)的尿素合成塔液位測量。這主要得益于計為Ring-11高溫型音叉液位開(kāi)關(guān)相較國內普通型音叉液位開(kāi)關(guān)所具有一系列優(yōu)勢,具體表現在以下幾個(gè)方面:

  1.在耐高溫方面,根據用戶(hù)工況需要,計為Ring-11高溫型音叉液位開(kāi)關(guān)通過(guò)增加高溫延長(cháng)管,使得儀表能夠耐受250℃高溫,完全滿(mǎn)足尿素合成塔對于溫度的要求。
  2.在高壓耐腐蝕方面,由于采用316L不銹鋼材質(zhì)、氣密絕緣套管以及高防護等級,使得計為Ring-11高溫型音叉液位開(kāi)關(guān)能夠在壓力較大腐蝕性較強的場(chǎng)合應用。
  在尿素生產(chǎn)中,原料CO?、NH?、甲銨和尿素的水溶液,原料帶入的硫化物、氯化物及生產(chǎn)過(guò)程中形成的碳酸銨溶液、稀氨水和少量氰酸等都具有腐蝕性,特別是在溫度較高(130~200℃),壓力較大情況下的尿素—甲銨溶液對金屬的腐蝕更為嚴重,許多生產(chǎn)企業(yè)的尿素合成塔等設備均因腐蝕問(wèn)題進(jìn)行過(guò)停車(chē)搶修。腐蝕問(wèn)題也因其成為尿素穩定生產(chǎn)的嚴重障礙而日益受到重視。
  相較浮球液位開(kāi)關(guān)、電容式液位開(kāi)關(guān)、射頻導納液位開(kāi)關(guān),計為Ring-11高溫型音叉液位開(kāi)關(guān)能夠耐受較高的壓力,具有較強的耐腐蝕性。其探頭采用一體化設計,無(wú)可拆卸部分,能夠耐壓65kg/cm2。其主體材料采用耐腐蝕性較強的316L不銹鋼材質(zhì),在具有較高壓力和較強腐蝕性的強酸強堿溶液的危險場(chǎng)合下,可以通過(guò)增加氣密絕緣套管的方式,防止探頭被腐蝕穿透,避免高危有害液體通過(guò)加成管和過(guò)程連接內孔沖流到表頭導致外泄事故的發(fā)生。
  不僅如此,為滿(mǎn)足超強腐蝕性液體工況的測量需要,計為自動(dòng)化還提供ECTFE、PFA涂層等選項供用戶(hù)選擇。其整機防護等級高達IP66/IP67。這樣的保護措施無(wú)疑使儀表整機具有更高的安全性能。
  3.多種信號輸出方式備選,叉體短小,應用廣泛,穩定可靠,抗干擾能力強。
  除了適應于高溫高壓腐蝕性較強的應用工況外,計為Ring-11音叉液位開(kāi)關(guān)擁有繼電器、二線(xiàn)制和Namur三種信號輸出方式供用戶(hù)選擇。有別于市場(chǎng)上固液兼測的長(cháng)音叉,計為音叉液位開(kāi)關(guān)的叉體較短,長(cháng)僅40mm,特別適合管道等狹小空間的液位測量。該音叉液位開(kāi)關(guān)基于檢測頻率變化的設計,經(jīng)過(guò)精密調諧的兩個(gè)叉體振動(dòng)特性完全對稱(chēng),能夠實(shí)現完全共振,具有較強的抗干擾能力,可測介質(zhì)密度低至0.5g/cm3,且免受泡沫、氣泡、粘稠、振動(dòng)以及液體特性的影響,與同類(lèi)產(chǎn)品相比,抗粘附能力更強,且不易發(fā)生誤報警現象,可靠性更高。
  4.雙防爆認證,防爆等級高。
  計為Ring-11音叉液位開(kāi)關(guān)通過(guò)本安、隔爆雙防爆認證,其中,本安的防爆等級高達Ex ia IIC T6 Ga,隔爆的防爆等級高達Ex d IIC T6 Gb,較高的安全性,使其非常適合應用在尿素合成塔這種腐蝕性強,易于爆炸的工況環(huán)境中。
  計為Ring-11高溫型音叉液位開(kāi)關(guān)的上述特點(diǎn),與尿素合成塔的工況要求十分匹配,完全勝任該復雜工況,非常適合用于尿素合成塔中的液位測量。該產(chǎn)品自投入使用以來(lái),其安全、穩定、可靠、免維護的特性,為儀表的穩定安全運行提供了可靠保證,受到客戶(hù)的一致好評。
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