尿素碳铵液贮槽液位计 选型与改造使用

 尿素生产是在高温、高压、强腐蚀和易结晶的工况下进行的,因此,仪表的选型就必须考虑这些因素,以解决腐蚀、堵塞、高温、高压及气蚀等问题。随着仪表的更新换代,技术水平的不断进步,一些新型智能液位计得到了广泛应用。笔者主要介绍导波雷达液位计在尿素装置碳铵液贮槽液位测量中的应用。

  LT-09403 液位计用于碳铵液贮槽的液位检测。原采用Rosemount 1151 差压变送器,且在使用差压变送器测量液位时,为了防止被测介质结晶堵塞仪表和导压管,多采用冲洗水吹扫。在测量过程中,由于受冲洗水压力影响,仪表波动较大、测量准确性差,需要定期排表,而且冬季极易冻堵,影响工艺人员的正常操作,增大了仪表工的日常维护量。为了保证仪表长期稳定运行,将碳铵液贮槽的LT-09403 液位计进行改造。选用美国Magnetrol公司生产的Eclipse 705 导波雷达液位计,该表是具有高科技含量的新型智能液位测量仪。它与差压变送器、浮筒液位计比较,不受被测介质比重的变化影响; 与电容、射频导纳液位计比较,它不受介电常数变化的影响。而且它不需要在厂调校,也不需要现场调校,只需要输入液位计数据即可进行组态,实现仪表的准确测量,具有无法比拟的优点。

  雷达液位计的测量,是发射- 反射- 接收雷达信号波的过程。雷达传感器以波束的形式发射雷达信号,当低功率纳秒微波脉冲向下发射抵达被测介质表面时,部分能量被反射回仪表,回波信号仍由传感器接收。雷达信号是一种特殊形式的电磁波,其物理特性与可见光相似。光在空气或其他介质中的传播速度是恒定不变的常数,所以雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离成比例。

  雷达信号是否可以被反射,取决于两个因素:一是被测介质的导电性,二是被测介质的介电常数。所有导电的介质都能很好地反射雷达信号,即使介质的导电性不是很好,也会被准确地测量。被测介质的导电性越好或介电常数越大,雷达信号的反射效果就越好。

  Eclipse 705 导波雷达液位计的结构和测量原理如图1 所示。

Y

图1 导波雷达液位计的结构和测量原理

Eclipse 705 导波雷达液位计采用了时域反射( Time Domain Reflectometry,TDR) 原理,由TDR发生器产生一个沿探测杆向下传送的电磁脉冲波。通过超高速计时电路来计算脉冲从发射到反射的时间差,即可获得液位计表头和液位的距离。用给定的容器高度,减去所测量出来的距离,即可得出液位的高度。

Eclipse 705 导波雷达液位计采用两线制,直流24V供电,仪表输出4 ~ 20m A信号并适用HART协议。它所发射的微波信号是通过导波杆传播,而不是通过空气传波的,使用导波杆能集中波的能量,有参考目标。针对相应介质选择不同的导波杆,其传播速率几乎不受温度变化的影响。根据测定,当温度为500℃ 时,反射时间的变化仅为0. 020%[1]。另外,微波传播也几乎不受空气密度变化的影响,因此导波雷达液位计能在真空或受压状态下正常工作,真空状态下微波传播速率相对空气状态下仅变化0. 029%[1]。对于易挥发性气体和惰性气体,导波雷达液位计的测量均没有影响。但若被测介质处于湍流状态,或有大量泡沫时,对微波信号的衰减,应引起足够的重视。当介质的相对介电常数小到一定值时,雷达波的有效反射信号衰减过大,导致液位计无法正常工作,因此被测介质的相对介电常数必须大于仪表所要求的***小值。

一般情况下,Eclipse 705 导波雷达液位计对安装无特殊要求,它具有螺纹和法兰两种安装方式,实际上都是顶部安装,如图2所示。其变送器具有快速拆长度就是设计要求的测量范围。

图2 导波雷达液位计安装示意图

为了提高仪表的测量精度,应注意以下几个问题: 一是导波杆应与设备的进液口保持一定的距离; 二是仪表尽量避免用于具有强烈流体运动的场合; 三是根据被测介质、工况条件和所要求的测量范围,选择合适的导波杆,导波杆可在现场进行适当的切割。

无须任何标定、启动或维护,只要将仪表测量所需的数据输入,完成组态,就可准确地进行仪表测量。它所需要的主要数据为:

测量单位 选择测量单位(厘米或英寸)

仪表型号 选择使用的仪表型号

连接方式 选择仪表连接方式,法兰或螺纹

导波管长度 准确输入导波管的长度

偏移量 以导波管顶端为参考点时,输入0.0

介电常数 选择被测介质的介电常数范围

零点设定 输入0%液位距离参考点的高度

量程设定 输入100%液位距离参考点的高度

仪表数据的输入既可用变送器操作面板的按键,也可通过HART275 手操器轻易完成组态。但应注意,零点和量程的组态需考虑导波杆顶端和底端的测量死区。死区是指无法测量或测量精度降低的区域,仪表的测量范围应在两个死区之间。

  经过几年的应用,总结出导波雷达液位计测量的优点是: 适用范围广,液位计不受设备形状的影响; 也不受介电常数、温度、压力及密度等条件变化的影响,可测量介电常数在1. 4 ~ 100. 0( 空气的介电常数是1. 0) 之间的几乎所有的液体或浆体,又可测量介电常数或比重变化复杂工况情况下的介质; 测量长度无须标定,测量结果具有高精度、可重复性、高分辨率,运行稳定可靠,有多种探头类型和材质可供选择,数字化显示可供选择,维护量少,可很好地用于石油化工设备中烃类及其他介质液位的测量。存在的主要问题有: 须考虑仪表防腐,液位计表头与电极杆的连接插针多选用的是铜质,尿素等介质多含有氨气,极易将插针腐蚀,影响仪表的正常测量。因此,在使用中应做好仪表的防腐。