电子远传差压液位计在HT-L煤气化中的应用

郭宏远 高 原

(航天长征化学工程股份有限公司)

电子远传差压液位计在HT-L煤气化中的应用

郭宏远 高 原

(航天长征化学工程股份有限公司)

以气化炉激冷室的液位测量为例，简单介绍原有的测量方案与双法兰式差压液位计在实际应用中出现的问题，进而提出了改用电子远传差压液位计的改造方案，并详细介绍其工作原理、优势、应用和在安装过程中需要注意的事项。

电子远传差压液位计 HT-L煤气化 激冷室液位

HT-L煤气化工艺是目前广泛应用的先进粉煤加压气化技术，它将原料煤粉经过磨碎干燥后，加压输送至航天气化炉内。气化炉采用加压气流床工艺，干粉煤与氧气、蒸汽在高温高压下，进入炉膛内进行气化反应，反应生成的合成气(主要成分为CO和H2)和熔渣在激冷室经激冷水和水浴冷却，渣排入炉外回收利用，合成气经洗涤塔洗涤除尘后进入下游系统。

整个HT-L煤气化项目的工艺流程较长、工艺介质较多且工况复杂，整个装置涉及大量的腐蚀性介质(如灰水、渣水及黑水等)，需要进行液位的测量，涉及的主要设备有气化炉激冷室、合成气洗涤塔及高低压闪蒸罐等。这类介质的共同特点是脏污、含有悬浮固体颗粒、粘度高、具有腐蚀性，普通的差压液位计难以胜任这类介质的测量，在航天长征化学工程股份有限公司以往的项目中一直采用双法兰式差压液位变送器并加装冲洗吹扫的方式进行测量。根据现场的实际使用反馈，双法兰差压液位计的测量效果并不理想且日常维护量大，因此公司在后续的项目中改用了新型的电子远传差压液位计。

1 原液位测量方案简介

2 双法兰差压液位计存在的问题

采用双法兰差压液位计进行HT-L气化炉激冷室液位的测量，虽然能够基本满足测量要求，但是由于介质的特殊性与现场工况的复杂性，实际应用中仍然存在以下几点问题，导致测量精度降低，日常操作与维护量较大，变送器的使用寿命缩短：

a. 零点迁移误差。使用双法兰差压液位计测量液位时必须计算零点迁移量，变送器的量程和迁移量与变送器的正向和负向取压孔之间的距离成正比[1]。由于气化炉激冷室内介质的密度与毛细管内硅油的密度均是理论值，在实际开停车操作中，由于炉内压力与温度的大幅变化，被测介质的密度并不固定，仪表初始设计时计算得出的理论零点迁移量与实际值存在一定的偏差，从而导致液位测量失准。同时，又由于差压变送器正、负取压端法兰所接触的介质温度不同，使得变送器两端毛细管内的密封液(硅油)膨胀不一致，又会产生新的零点漂移[2]。

图1 原气化炉激冷室液位测量方案

b. 毛细管影响。使用双法兰差压变送器测量液位，毛细管是造成测量误差的主要因素之一。首先，毛细管的长度不能过长，单根一般不超过10m。如果毛细管设计过长，现场安装与维护难度将大幅增加，同时也减慢变送器正、负两端压力信号的传递速度，造成响应滞后，导致测量误差。其次，毛细管内填充液容易受环境温度的影响。为测量高温介质，需要选用耐高温的硅油，而此种硅油在环境温度过低时粘滞度会增加，从而对压力变化的时间响应过慢，甚至无法正确测量。所以对于环境温度变化比较大的地区，如内蒙古等，还要考虑对毛细管采取保温伴热措施。

c. 引压管堵塞。使用双法兰差压液位计测量气化炉激冷室的液位，由于正、负引压管所接触的被测介质黑水与合成气中均含有大量的微小颗粒，具有极大的沉积性，当测量装置长期运行时，引压管内会逐渐淤积脏污介质，造成引压管堵塞[3]。因此，在项目设计时，对下端取压口采取斜插法兰的安装方式，并对上下取压口加装冲洗环，引入高压密封水进行连续冲洗，用以清除变送器膜盒上的沉积物，另外也可以对变送器的膜盒降温[4]。但是运行一段时间后，引压管仍然会产生堵塞结垢的现象，造成液位测量误差。为消除此影响，曾经考虑加大冲洗水量，但是冲洗水量过大会造成一定的涡流，导致压力传感误差，并且会冲坏膜盒。因此设计上采用3台双法兰差压液位计的冗余配置方案，以勉强满足测量要求。

d. 膜片腐蚀。因为作为被测介质的合成气与黑水，除了都具有腐蚀性外，还含有大量的H+，会对长期接触的膜片产生析氢腐蚀，导致液位测量误差。为此，在项目设计选型时已经选用了成本较高的316L加厚镀金膜片，并加装冲洗装置进行不间断的冲洗，能够在一段时间内保障测量效果，但是在运行一段时间后，仍然需要定期更换膜片，以保证测量精度。

3 电子远传差压液位计

基于以上所列的实际应用中出现的问题，公司在新的项目中改用了新型的电子远传差压液位变送器，取代双法兰差压液位计。

电子远传差压液位计，即电子远传差压液位变送器，采用两个压力变送器(传感器)分别测量被测罐体高、低压侧的压力，高压侧作为主传感器，低压侧作为副传感器，再通过电缆将副传感器的压力信号传递至主传感器(或额外的变送器)中进行压差计算，计算完成后转换为标准的两线制4～20mA信号输出至DCS系统进行监控[4,5]。电子远传差压液位计的测量原理如图2所示。

图2 电子远传差压液位计的测量原理

目前生产电子远传差压液位计的主流厂家仅有罗斯蒙特、E+H(Endress+Hauser)两家。罗斯蒙特的3051S ERS (Electronic Remote Sensor)电子远传变送器系统，是使用一主一副两个压力传感器，将副传感器的压力信号引至主传感器中进行压差计算，再转换成标准信号输出。而E+H的Deltabar FMD72产品与罗斯蒙特不同的是，采用两个压力传感器+一个变送器的结构，将高、低压侧传感器的压力信号传递至变送器中进行压差计算与信号的输出，变送器使用安装支架固定在被测容器旁。

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4 选型与应用

经过综合比较，目前在内蒙古伊泰杭锦旗项目上采用罗斯蒙特3051S电子远传变送器系统，采用“两个3051SAM压力变送器+1199系列密封系统+双侧密封水冲洗”的方式来进行气化炉激冷室液位的测量。

新型的测量方案如图3所示。主、副压力传感器均选用3051SAM压力变送器，主传感器安装在气化炉激冷室底部的取压位置，即高压侧；副传感器安装在上部的取压口，且保证在最高液位之上，即低压侧。过程连接口均采取1199系列密封系统，法兰式连接。膜片材料为316L加厚镀金处理，并加装“热优化器”扩展功能，使传感器膜盒内的填充液不再受到环境温度的影响。为防止膜盒沉积结垢，对高、低压侧的过程接口处采用高压密封水持续冲洗。电缆选择屏蔽双绞线，采用CAN总线协议。

电子远传式差压液位变送器在安装时应注意以下几点：

a. 两个压力传感器都可以用作液位计算的主变送器，但是测量低压的传感器必须安装在罐体的最高液位之上；

b. 避免在加料区、泵的抽吸区域或搅抖器等压力脉冲信号能影响到被测容器的区域内安装压力传感器。

5 优势

与双法兰差压液位计相比，电子远传差压液位计具有的优势如下：

a. 两个压力变送器分别测量高、低压侧的压力值，再传至主变送器中计算压差，不再需要进行零点迁移计算;

b. 取消了传统的导压管与毛细管，也不需要对毛细管再进行额外的保温伴热措施，并且不再受被测罐体高度的制约，简化了设备的安装与维护，避免了传统导压管常见的泄漏、堵塞及冷凝等问题；

c. 采用电子远传系统，传感信号采用数字传输方式，使用标准电缆取代了传统的机械管路，缩短了信号响应时间，减少了测量误差的积累，消除了环境温度影响造成的测量偏差，保障了测量的准确性与稳定性；

图3 采用电子远传差压液位计的气化炉激冷室液位测量方案

d. 电子远传液位变送器系统除了液位计算之外，还可以分别计算和传输每个传感器的温度与压力，实现多参数测量，为过程优化控制提供额外的信息，极大地扩展了仪表的可用性[6]。

6 结束语

电子远传差压液位计作为一种新兴的智能化液位测量方式，具有可靠性高、稳定性强的特点，特别适用于有环境温度影响下的腐蚀性、易结晶或凝固、高粘稠、高温及悬浊等过程介质的液位测量和超高有压罐体的液位测量。尽管目前生产厂家较少，但对比传统的双法兰式差压液位计有着不可替代的优势，减少了装置的“跑、冒、滴、漏”现象，减小了现场仪表工的日常操作与维护工作量，降低了全厂的能耗，全面提高了整个装置的环保质量。

[1] 杨云龙.气化炉激冷室液位的测量与控制[J].广州化工,2010,38(3)：168～169.

[2] 刘子云.一种全新的消除双法兰智能差压变送器液位测量误差的方法[J].化工自动化及仪表,2014,41(9)：1003～1006.

[3] 李国伟.激冷室液位显示不正常的原因分析[J].氮肥技术,2015,36(6)：39～41.

[4] 董康.大型氧化反应器液位测量方案[J].工业技术,2016,(3)：59～60.

[5] 薛永强.液氨储罐液位计选型探讨[J].仪器仪表用户,2016,23(5)：39～41.

[6] 梁飞.氧化反应器液位测量失准分析及解决方案[J].石油化工自动化,2014,50(6)：41～44.

TH816

B

1000-3932(2017)04-0415-04

2016-10-14，

2017-02-24)

郭宏远(1984-)，工程师，从事煤化工自动化设计工作，18611085056@163.com。