吹气式液位计在硫磺装置液硫池上选用应用

  近年来, 随着对环境保护的重视以及石油石化行业加工高含硫原油不断增加的现状, 硫磺回收装置被广泛应用。 硫磺回收装置在生产过程中, 其产生的液硫主要集中在液硫池中, 脱气后输送到硫磺成型机造粒出厂或输送到液硫罐储存。为便于液硫的流动, 液硫池正常温度为130~155℃, 液位控制在60%~80%, 气相温度不大于170℃且含硫化氢气体, 其中液硫池的液位是测量的重要参数之一。 但一直以来由于液硫具有黏度大且易凝固、结晶等特性, 在设计中普遍选用雷达液位计测量其液位, 应用效果很不理想。为了解决液硫池液位测量问题, 根据介质特性和工艺条件, 笔者多次试验和验证, 确定采用吹气式液位测量。该种方案安装简单、投资很少, 利用现有的测量位置进行改造, 简单易行。

中国石化荆门分公司硫磺回收装置液硫池液位测量选用雷达液位计, 其测量原理是采用发射—反射—接收的工作模式, 雷达液位计的天线发射出电磁波, 该波经被测对象表面反射后, 再被天线接收, 电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比, 关系式如下:

式中:D———雷达液位计到液面的距离;c———光速;t———电磁波运行时间。

雷达液位计记录电磁波经历的时间, 而电磁波的传输速度为常数, 则可算出液面到雷达天线的距离, 从而计算出实际的液位。

1) 雷达液位计优点。雷达液位计技术先进, 采用一体化设计, 无可动部件, 不存在机械磨损, 采用非接触式测量, 不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响, 使用寿命长;雷达液位计测量时发出的电磁波能够穿过真空, 不需要传输媒介, 在实际应用中, 大部分介质都能反射足够的反射波, 几乎能用于所有液体的液位测量;雷达液位计参数设定方便, 可用液位计上的简易操作键进行设定, 但实际功能丰富, 维护需要经过专门培训。

2) 雷达液位计缺点。雷达液位计能否正确测量, 依赖于反射波的信号。因此, 对安装位置要求甚严, 如果被测介质液面不能将电磁波反射回雷达天线或在信号波的范围内有干扰物反射干扰波给雷达液位计, 雷达液位计都不能正确反映出实际液位。在硫磺装置运行过程中, 由于液硫池介质的特点, 雷达液位计天线表面经常出现硫蒸气结晶挂料, 使得雷达反射波受到干扰, 液位计测量受到严重影响。为除去此类干扰反射波的影响, 保证准确测量, 需要仪表维护人员经常拆装清理天线上的硫蒸气结晶物。仪表维护工作量大、作业频繁, 且作业现场有大量硫化氢气体泄漏, 因而大幅增加了维修人员现场作业的危险性。液硫池液位的长期无法正常测量严重影响了装置的正常运行, 因此虽然雷达液位计技术先进, 但不宜应用在液硫池这种场合。

吹气式液位计是应用静压平衡原理测量液位, 如图1所示。

图1 中, 净化风空气 (稳定的压力, 宜用仪表风) 经过过滤减压阀后, 再经定值器输出一定的压力, 经节流元件后分两路:一路进到安装在容器内的导管, 由容器底部吹出;另一路进入压力计进行指示。当液位较低时, 气泡吹出没有阻力, 背压为为零, 压力计指示零;当液位增高时, 气泡吹出要克服液柱的静压力, 背压增加, 压力指示增大。因此, 背压即压力计指示的压力大小, 反映了液面的高低。

用差压变送器测量液位时, 如图2所示。净化后的压缩空气经过减压阀后, 进入恒流器 (限流孔板) , 再经转子流量计, 以一定流量均匀地送入吹气测量管, 当长吹气测量管内气体压力高于其下端到液面的液柱静压时, 该吹气测量管下端便连续不断地吹出气泡。由于吹气量很小, 在忽略管道阻力等其他影响因素的情况下, 可以认为差压变送器的高压腔所受的压力等于长吹气测量管内的压力。由于另外一个吹气测量管插入较浅且不和液体接触, 虽然有一定流量的气体通过, 在忽略了管道阻力等影响因素的情况下, 差压变送器低压腔所受的压力等于大气压力 (测量环境在常压时) , 即不受压力。因此, 差压变送器所测量的差压值 Δp等于长吹气测量管下端到液面的液柱静压值。

液位计算:

式中:Δp———变送器的差压;ρ———液体密度;h———液位高度。被测液体的液位与差压变送器的差压测量值呈线性关系。

液硫池是地下储罐, 在原有雷达液位计安装位置上用相同规格的平面法兰取代, 法兰中心加工成卡套连接孔, 下部连接伸入储罐内部的吹气测量管, 上部连接储罐外部的导气管。伸入储罐内部的吹气测量管管口距离设备底部5~10cm, 外部引吹气气源到该表附近, 按原理图分别配管安装减压阀、恒流器、差压变送器、吹气测量管等。安装完毕后, 根据液硫池深度算出差压变送器量程并设定好, 同时在DCS上组态相应参数。投入使用后效果良好, 克服了雷达液位计的应用不足, 解决了硫磺装置液硫池液位的测量问题。

1) 由于吹气式液位计将压力检测端移至顶部, 其使用维修都很方便, 因此很适用于像液硫池之类地下储罐等场合。

2) 吹气测量管不易堵塞, 如果出现堵塞的情况只需将气源开大即可解决, 如果把吹气测量管换成蒸汽夹套管, 基本上就解决了堵塞的问题, 不会出现雷达液位计天线上硫蒸气结晶、挂料影响测量的问题。

3) 吹气式液位计结构简单、价格低廉、维护简单方便无需专门培训、工作量小, 在安全生产和维护方便方面具有很大的优势。

吹气式液位计在硫磺装置液硫池上应用也有一些不足之处:

1) 因是吹气式测量, 大多数情况下需要有连续的空气流或气体流, 因而要消耗部分气体。由于吹气测量管与介质接触, 故要求吹气测量管要耐介质腐蚀, 并且在停气时要注意避免介质引入变送器。在装置停工和停气时, 还要避免吹气测量管线的堵塞。

2) 吹气测量管的长管管口应距离设备底部5~10cm, 以利于吹气测量管中气泡的逸出, 这部分的高度为液位测量的盲区。当实际液位处于盲区时, 将无法根据该液位计来判断液位。

3) 由于吹气压力、流量、介质温度、密闭容器的压力等因素对测量精度有影响, 因而需要合理地选择吹气流量、吹气压力、工作压力等参数值的范围, 以满足吹气装置精度、稳定性的要求。

吹气式液位计在该厂硫磺装置液硫池上成功应用, 效果良好, 相比其他液位计有其独特的优势, 并且已将其成功推广到同装置液硫罐液位的测量以及硫酸装置的酸液储罐的液位测量上, 均取得了良好效果, 根本解决了该厂液硫液位的测量问题。