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化工行业

高温型音叉液位开关用于尿素合成塔中的液位测量

  尿素是农业生产中的一种重要肥料,在农业生产中起着非常关键的作用,需求量极大。为满足农业生产的需要,每年需要生产供应大量的尿素。尿素的生产工艺流程是以原料煤利用蒸汽和空气为汽化剂,在煤气反应炉内产生半水煤气,经甲醇、烃化等工艺将气体净化,除去杂质后,将纯净的氮氢混合气体压缩合成为氨,与净化压缩后的二氧化碳同氨一起送入尿素合成塔,在高温高压下合成尿素。
  为保证整个尿素生产的顺利进行,离不开对尿素生产过程中液位的测量和控制。其中最为关键的是对尿素合成塔的液位测量与监控。这是因为尿素合成塔具有非常恶劣的工况,对仪表也有十分苛刻的要求。这突出表现在尿素合成塔高温高压的应用环境中,其压力和温度分别达到3Mp和200℃。除高温高压外,尿素合成塔的工况也具有较强的腐蚀性和爆炸性危险。有关尿素合成塔爆炸的新闻,在国内外时有发生,近年在我国山东和河北就有两起尿素合成塔爆炸事故发生。据分析爆炸的诱因是内衬腐蚀泄漏,层板应力腐蚀开裂和原始制造缺陷等致层板局部开口开裂,引起“爆沸”爆炸。尿素合成塔的这些复杂工况,客观上要求液位测量仪表除具有耐高温和高压的特性外,还能耐受较强的腐蚀性,具有较高的防爆等级。
  市面上可选择的液位开关很多,有接触式的有电容式液位开关、射频导纳液位开关、浮球液位开关、以及音叉液位开关等。那么,在尿素合成塔这样的严苛的工艺条件下,哪些液位开关较为适合呢?
  电容式液位开关的工作原理是:液位高低变化导致探头被覆盖区域大小发生变化,从而导致电容值发生变化。探头与罐壁(导电材料制成)构成一个电容。当罐体中有物料注入时,电容值将随探头被物料所覆盖区域面积的增加而相应地增大,通过检测电容值的变化输出开关报警信号。由于电容式液位开关的探头由绝缘材料PTFE制成,当放置在温度接近200℃的介质中时,其耐压能力较弱,尿素合成塔的压力远超过探头所能承受的范围。并且,探头绝缘材料在高温下分子间隙变大,尿素易渗透进绝缘套内,易造成仪表指示异常。
  从电容式物位控制技术发展起来的射频导纳物位控制技术,与电容式物位控制技术相比,增加了放挂料电路设计,在粘附性物料上有一定的优势,但是在高温高压的环境下电极的损坏无法避免。这是由于探头的绝缘层与金属电极主要通过滚压工艺制作完成,很不耐压,在高压环境下彼此之间易产生间隙从而影响仪表的准确测量。探头如果出现故障,只能重新更换,而这无疑增加了额外开支。
  浮球液位开关是基于浮力和静磁场原理设计而成。浮球(带有磁体)在被测介质中的位置受浮力作用影响,随着液位的变化,浮球的位置也发生变化。浮球中的磁体和传感器(磁簧开关)作用,产生开关信号。但浮球液位开关不适合尿素合成塔中的高压高温工况,且测量可靠性低,其机械式结构拆卸、清洁也很复杂。
  音叉液位开关的测量原理是通过安装在基座上的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动而工作的。当音叉液位开关的音叉与被测介质相接触时,音叉的频率和振幅将改变,通过检测这一物理量的变化输出开关报警信号。音叉液位开关的这一特性使其几乎不受泡沫、湍流、振动、固体含量的影响,可以消除飞溅,避免误报警。在耐温方面,普通款可耐150℃,通过采用增加高温延长套管的形式耐温可达250℃,能够满足尿素合成塔的温度要求。

高温型音叉液位开关用于尿素合成塔中的液位测量

  近期,计为Ring-11高温型音叉液位开关成功用于某化肥厂的尿素合成塔液位测量。这主要得益于计为Ring-11高温型音叉液位开关相较国内普通型音叉液位开关所具有一系列优势,具体表现在以下几个方面:

  1、在耐高温方面,根据用户工况需要,计为Ring-11高温型音叉液位开关通过增加高温延长管,使得仪表能够耐受250℃高温,完全满足尿素合成塔对于温度的要求。
  2、在高压耐腐蚀方面,由于采用316L不锈钢材质、气密绝缘套管以及高防护等级,使得计为Ring-11高温型音叉液位开关能够在压力较大腐蚀性较强的场合应用。
  在尿素生产中,原料CO₂、NH₃、甲铵和尿素的水溶液,原料带入的硫化物、氯化物及生产过程中形成的碳酸铵溶液、稀氨水和少量氰酸等都具有腐蚀性,特别是在温度较高(130℃~200℃),压力较大情况下的尿素—甲铵溶液对金属的腐蚀更为严重,许多生产企业的尿素合成塔等设备均因腐蚀问题进行过停车抢修。腐蚀问题也因其成为尿素稳定生产的严重障碍而日益受到重视。
  相较浮球液位开关、电容式液位开关、射频导纳液位开关,计为Ring-11高温型音叉液位开关能够耐受较高的压力,具有较强的耐腐蚀性。其探头采用一体化设计,无可拆卸部分,能够耐压65kg/cm²。其主体材料采用耐腐蚀性较强的316L不锈钢材质,在具有较高压力和较强腐蚀性的强酸强碱溶液的危险场合下,可以通过增加气密绝缘套管的方式,防止探头被腐蚀穿透,避免高危有害液体通过加成管和过程连接内孔冲流到表头导致外泄事故的发生。
  不仅如此,为满足超强腐蚀性液体工况的测量需要,计为自动化还提供ECTFE、PFA涂层等选项供用户选择。其整机防护等级高达IP66/IP67。这样的保护措施无疑使仪表整机具有更高的安全性能。
  3、多种信号输出方式备选,叉体短小,应用广泛,稳定可靠,抗干扰能力强。
  除了适应于高温高压腐蚀性较强的应用工况外,计为Ring-11音叉液位开关拥有继电器、二线制和Namur三种信号输出方式供用户选择。有别于市场上固液兼测的长音叉,计为音叉液位开关的叉体较短,长仅40mm,特别适合管道等狭小空间的液位测量。该音叉液位开关基于检测频率变化的设计,经过精密调谐的两个叉体振动特性完全对称,能够实现完全共振,具有较强的抗干扰能力,可测介质密度低至0.5g/cm³,且免受泡沫、气泡、粘稠、振动以及液体特性的影响,与同类产品相比,抗粘附能力更强,且不易发生误报警现象,可靠性更高。
  4、双防爆认证,防爆等级高。
  计为Ring-11音叉液位开关通过本安、隔爆双防爆认证,其中,本安的防爆等级高达Ex ia IIC T6 Ga,隔爆的防爆等级高达Ex d IIC T6 Gb,较高的安全性,使其非常适合应用在尿素合成塔这种腐蚀性强,易于爆炸的工况环境中。
  计为Ring-11高温型音叉液位开关的上述特点,与尿素合成塔的工况要求十分匹配,完全胜任该复杂工况,非常适合用于尿素合成塔中的液位测量。该产品自投入使用以来,其安全、稳定、可靠、免维护的特性,为仪表的稳定安全运行提供了可靠保证,受到客户的一致好评。
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