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    計為高溫型音叉液位開關在尿素合成塔裝置中的應用

    尿素作為一種肥料,在農業生產中扮演著十分重要的角色,是農業生產不可缺少的重要原料。目前,生產尿素的工藝流程是原料煤利用蒸汽和空氣為汽化劑,在煤氣反應爐內產生半水煤氣,經甲醇、烴化等工藝將氣體凈化,除去雜質后,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。為了有效地指導生產操作,控制以及監視尿素的生產過程,對生產中各種液位的監控和測量必不可少。其中尤以尿素合成塔的液位測量最為關鍵,這是因為尿素合成塔的工況非常惡劣,對儀表的要求也十分苛刻,主要表現在高溫高壓的應用環境,其壓力和溫度分別達到3Mp200℃。此外,尿素合成塔的工況具有較強的腐蝕性和爆炸性危險。尿素合成塔在國內外發生爆炸并不鮮見,近年在國內山東和河北就發生了2起尿素合成塔爆炸事故。據分析爆炸誘因是內襯腐蝕泄漏,層板應力腐蝕開裂和原始制造缺陷等致層板局部開口開裂,而導致的“爆沸”爆炸。這就要求液位測量儀表除具有耐高溫和高壓外,還需具有較強的耐腐蝕性和較高的防爆等級。

     

    液位開關的種類多樣,其中接觸式的有浮球液位開關、電容式液位開關、射頻導納液位開關以及音叉液位開關等。那么,在尿素合成塔這樣的嚴苛的工藝條件下,該如何選擇液位開關呢?

    浮球液位開關的結構主要是基于浮力和靜磁場原理設計而成的。帶有磁體的浮球(簡稱浮球)在被測介質中的位置受浮力作用影響:液位的變化導致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和傳感器(磁簧開關)作用,產生開關信號。但浮球液位開關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。

    電容式液位開關的測量原理是:液位高低變化導致探頭被覆蓋區域大小發生變化,從而導致電容值發生變化。探頭與罐壁(導電材料制成)構成一個電容。當罐體中有物料注入時,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,通過檢測電容值的變化輸出開關報警信號。電容式液位開關的探頭由絕緣材料PTFE制成,當放置在溫度接近200℃的介質中時,其耐壓能力較弱,遠超過探頭所能承受的范圍。探頭絕緣材料在高溫下分子間隙變大,測量介質尿素會滲透到絕緣套內,易造成儀表指示不正常。

    射頻導納物位控制技術是從電容式物位控制技術發展起來的,相較電容式物位控制技術,其增加了放掛料電路設計,在粘附性物料上有一定的優勢,但是在高溫高壓的環境下電極的損壞無法避免,這是因為探頭的絕緣層與金屬電極主要通過滾壓工藝制作完成,很不耐壓,在高壓環境下彼此之間容易產生間隙從而影響儀表的準確測量。探頭一旦出現故障,目前唯一能做的就是重新更換,而這無疑增加了額外的維修成本。

    音叉液位開關的工作原理是通過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。當音叉液位開關的音叉與被測介質相接觸時,音叉的頻率和振幅將改變,通過檢測這一物理量的變化輸出開關報警信號。音叉液位開關幾乎不受泡沫、湍流、振動、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℃,通過采用增加高溫延長套管的形式耐溫可達250℃,滿足溫度使用要求。

    近期,計為Ring-11高溫音叉液位開關成功應用在某化肥廠的尿素合成塔測量裝置中。這是因為相較國內普通型音叉液位開關,計為Ring-11高溫型音叉液位開關具有一系列優勢,使之非常匹配尿素合成塔裝置的工況,完全勝任該復雜工況的液位測量。具體表現在以下幾個方面:

    1、根據用戶工況需要,通過增加高溫延長管的方式,使得儀表能夠耐受250℃高溫,耐溫范圍更廣。

    2316L不銹鋼材質、氣密絕緣套管以及高防護等級,使得計為Ring-11高溫型音叉液位開關能夠用于壓力較大腐蝕性較強的場合。

    在尿素生產中原料CO₂NH₃、甲銨和尿素的水溶液,原料帶入的硫化物、氯化物及生產過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,許多生產企業的尿素合成塔等設備均因腐蝕問題進行過停車搶修。腐蝕問題也因其成為尿素穩定生產的嚴重障礙而日益受到重視。

    計為Ring-11高溫型音叉液位開關能夠耐受較高的壓力,具有較強的耐腐蝕性。相較浮球液位開關、電容式液位開關、射頻導納液位開關,音叉液位開關探頭采用一體化設計,無可拆卸部分,能夠耐壓65kg/c。其主體材料采用耐腐蝕性較強的316L不銹鋼材質,在具有較高壓力和較強腐蝕性的強酸強堿溶液的危險場合下,可以通過增加氣密絕緣座的方式,避免過壓環境引起腐蝕性介質腐蝕叉體端蓋表面從而倒灌到表頭引起嚴重的安全生產事故,不僅如此,為適應超強腐蝕性液體工況,計為自動化還提供ECTFEPFA涂層等選項供用戶選擇。其整機防護等級高達IP66/IP67。這樣的保護措施使得儀表整機的安全性能更高。

    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的環境外,計為Ring-11音叉液位開關擁有繼電器、二線制和Namur三種信號輸出方式,叉體長僅40mm,特別適合管道等狹小空間的液位測量,基于檢測頻率變化的設計,抗干擾能力強,這是因為經過精密調諧的兩個叉體振動特性完全對稱,能夠實現完全共振,可測介質密度低至0.5g/cm³,且免受泡沫、氣泡、粘稠、振動以及液體特性的影響,能夠提供高于同行標準的抗粘附保護,不易發生誤報警現象,具有高可靠性。

    4、雙防爆認證,防爆等級高。

    產品通過本安、隔爆雙防爆認證,其中,隔爆的防爆等級高達Ex d IIC T6 Gb,本安的防爆等級高達Ex ia IIC T6 Ga,安全性高,非常適合在尿素合成塔這種腐蝕性強,容易爆炸的環境中使用。

    計為Ring-11高溫型音叉液位開關的上述特點,為儀表的穩定安全運行提供了可靠保證,使之非常適合在尿素合成塔中應用。該產品自投入使用以來,其安全、穩定、可靠、免維護的特性受到客戶的一致好評。

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