关于密闭容器复杂工况的液位检测研究

安中林

中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0123-01

拜耳法氧化铝生产工艺中，有一个必不可少的环节——蒸发，主要将整个生产过程中产生的原液（主要成分为NaOH）通过蒸发器和闪蒸器加热提高浓度，其中蒸发器和闪蒸器的液位检测为整个蒸发系统自动控制的核心。然而由于蒸发器和闪蒸器为密闭容器、原液成分非常复杂、原液温度较高、蒸发器酸洗较为频繁，导致酸洗频繁的蒸发器的液位计损坏非常频繁。目前使用的液位计为进口双法兰隔膜式差压变送器，隔膜膜片有PFA涂层，法兰大小为DN80，该液位计平均使用寿命不到半年，但价格非常昂贵（平均价格在2万元/台以上），由此给公司生产成本造成了较大经济负担。为节约生产成本、减少生产波动，对液位计的检测方式和压力变送器的选型做出了如下研究。

一、原液位检测方式分析

如图1所示，双法兰液位计检测方法为：双法兰隔膜式差压变送器的下法兰隔膜受到的压强P1减去上法兰隔膜受到的压强P2即为差压ΔP，双法兰隔膜式差压变送器量程为0～ρ介质gH，ΔP经过4～20mA信号传输至DCS系统内部进行液位转换和显示（DCS人机界面上的蒸发器液位一般顯示百分数，若介质液位为0.5H时，双法兰隔膜式差压变送器的输出为12mA，则显示50%）。由于下法兰隔膜一直与工况非常复杂的介质接触，损坏频繁，下法兰损坏后上法兰隔膜及变送器必须整体更换，造成较大浪费。

二、单法兰隔膜式压力变送器的液位检测实现

如图2所示，将原双法兰隔膜式差压变送器的下法兰隔膜改为膜片加厚的高温高压型单法兰隔膜压力变送器，上法兰隔膜改为普通的单法兰隔膜压力变送器。下法兰隔膜压力变送器受到的压强为P1=ρ介质gh+P0（h为介质液面离下法兰高度，P0为蒸发器内部静态压强），上法兰隔膜压力变送器受到的压强为蒸发器内部静压P2=P0，假设上下法兰隔膜压力变送器量程皆为工况最大压力0.6MPa，P1、P2分别经过4～20mA信号传输至DCS（P2的传输需重新敷设一根3*1.5的控制电缆、带馈电隔离器、AI通道1个），DCS内部对差压值进行计算，即ΔP=P1-P2=ρ介质gh+P0-P0=ρ介质gh，当介质液面离下法兰高度为H时，此时的差压值为ρ介质gH，由于DCS人机界面上的蒸发器液位一般显示百分数，故蒸发器的液位显示为ρ介质gh/ρ介质gH*100%=h/H*100%。

三、研究成效分析

经现场试验，通过该方法使蒸发器液位计使用寿命延长至1.5年，节约成本4.6万元/台（普通单法兰隔膜压力变送器0.4万元，电缆敷设及馈电隔离器0.2万元，高温高压型隔膜压力变送器0.8万元，改造总计1.4万元，若用原双法兰隔膜式差压变送器则需更换3次，2万元/台，共计6万元），以此可估算频繁酸洗的6台蒸发器的第一期年化收益为18.4万元，后期年化收益为21.6万元。此研究的实现必须满足DCS或PLC系统有备用的AI通道或可供扩展的机架，否则无法在DCS或PLC系统内部组态编程。endprint