近年來, 隨著對環(huán)境保護(hù)的重視以及石油石化行業(yè)加工高含硫原油不斷增加的現(xiàn)狀, 硫磺回收裝置被廣泛應(yīng)用。 硫磺回收裝置在生產(chǎn)過程中, 其產(chǎn)生的液硫主要集中在液硫池中, 脫氣后輸送到硫磺成型機(jī)造粒出廠或輸送到液硫罐儲存。為便于液硫的流動, 液硫池正常溫度為130~155℃, 液位控制在60%~80%, 氣相溫度不大于170℃且含硫化氫氣體, 其中液硫池的液位是測量的重要參數(shù)之一。 但一直以來由于液硫具有黏度大且易凝固、結(jié)晶等特性, 在設(shè)計中普遍選用雷達(dá)液位計測量其液位, 應(yīng)用效果很不理想。為了解決液硫池液位測量問題, 根據(jù)介質(zhì)特性和工藝條件, 筆者多次試驗和驗證, 確定采用吹氣式液位測量。該種方案安裝簡單、投資很少, 利用現(xiàn)有的測量位置進(jìn)行改造, 簡單易行。

中國石化荊門分公司硫磺回收裝置液硫池液位測量選用雷達(dá)液位計, 其測量原理是采用發(fā)射—反射—接收的工作模式, 雷達(dá)液位計的天線發(fā)射出電磁波, 該波經(jīng)被測對象表面反射后, 再被天線接收, 電磁波從發(fā)射到接收的時間與到液面的距離成正比, 關(guān)系式如下:

式中:D———雷達(dá)液位計到液面的距離;c———光速;t———電磁波運行時間。

雷達(dá)液位計記錄電磁波經(jīng)歷的時間, 而電磁波的傳輸速度為常數(shù), 則可算出液面到雷達(dá)天線的距離, 從而計算出實際的液位。

1) 雷達(dá)液位計優(yōu)點。雷達(dá)液位計技術(shù)先進(jìn), 采用一體化設(shè)計, 無可動部件, 不存在機(jī)械磨損, 采用非接觸式測量, 不受槽內(nèi)液體的密度、濃度等物理特性的影響, 使用壽命長;雷達(dá)液位計測量時發(fā)出的電磁波能夠穿過真空, 不需要傳輸媒介, 在實際應(yīng)用中, 大部分介質(zhì)都能反射足夠的反射波, 幾乎能用于所有液體的液位測量;雷達(dá)液位計參數(shù)設(shè)定方便, 可用液位計上的簡易操作鍵進(jìn)行設(shè)定, 但實際功能豐富, 維護(hù)需要經(jīng)過專門培訓(xùn)。

2) 雷達(dá)液位計缺點。雷達(dá)液位計能否正確測量, 依賴于反射波的信號。因此, 對安裝位置要求甚嚴(yán), 如果被測介質(zhì)液面不能將電磁波反射回雷達(dá)天線或在信號波的范圍內(nèi)有干擾物反射干擾波給雷達(dá)液位計, 雷達(dá)液位計都不能正確反映出實際液位。在硫磺裝置運行過程中, 由于液硫池介質(zhì)的特點, 雷達(dá)液位計天線表面經(jīng)常出現(xiàn)硫蒸氣結(jié)晶掛料, 使得雷達(dá)反射波受到干擾, 液位計測量受到嚴(yán)重影響。為除去此類干擾反射波的影響, 保證準(zhǔn)確測量, 需要儀表維護(hù)人員經(jīng)常拆裝清理天線上的硫蒸氣結(jié)晶物。儀表維護(hù)工作量大、作業(yè)頻繁, 且作業(yè)現(xiàn)場有大量硫化氫氣體泄漏, 因而大幅增加了維修人員現(xiàn)場作業(yè)的危險性。液硫池液位的長期無法正常測量嚴(yán)重影響了裝置的正常運行, 因此雖然雷達(dá)液位計技術(shù)先進(jìn), 但不宜應(yīng)用在液硫池這種場合。

吹氣式液位計是應(yīng)用靜壓平衡原理測量液位, 如圖1所示。

圖1 中, 凈化風(fēng)空氣 (穩(wěn)定的壓力, 宜用儀表風(fēng)) 經(jīng)過過濾減壓閥后, 再經(jīng)定值器輸出一定的壓力, 經(jīng)節(jié)流元件后分兩路:一路進(jìn)到安裝在容器內(nèi)的導(dǎo)管, 由容器底部吹出;另一路進(jìn)入壓力計進(jìn)行指示。當(dāng)液位較低時, 氣泡吹出沒有阻力, 背壓為為零, 壓力計指示零;當(dāng)液位增高時, 氣泡吹出要克服液柱的靜壓力, 背壓增加, 壓力指示增大。因此, 背壓即壓力計指示的壓力大小, 反映了液面的高低。

用差壓變送器測量液位時, 如圖2所示。凈化后的壓縮空氣經(jīng)過減壓閥后, 進(jìn)入恒流器 (限流孔板) , 再經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計, 以一定流量均勻地送入吹氣測量管, 當(dāng)長吹氣測量管內(nèi)氣體壓力高于其下端到液面的液柱靜壓時, 該吹氣測量管下端便連續(xù)不斷地吹出氣泡。由于吹氣量很小, 在忽略管道阻力等其他影響因素的情況下, 可以認(rèn)為差壓變送器的高壓腔所受的壓力等于長吹氣測量管內(nèi)的壓力。由于另外一個吹氣測量管插入較淺且不和液體接觸, 雖然有一定流量的氣體通過, 在忽略了管道阻力等影響因素的情況下, 差壓變送器低壓腔所受的壓力等于大氣壓力 (測量環(huán)境在常壓時) , 即不受壓力。因此, 差壓變送器所測量的差壓值 Δp等于長吹氣測量管下端到液面的液柱靜壓值。

液位計算:

式中:Δp———變送器的差壓;ρ———液體密度;h———液位高度。被測液體的液位與差壓變送器的差壓測量值呈線性關(guān)系。

液硫池是地下儲罐, 在原有雷達(dá)液位計安裝位置上用相同規(guī)格的平面法蘭取代, 法蘭中心加工成卡套連接孔, 下部連接伸入儲罐內(nèi)部的吹氣測量管, 上部連接儲罐外部的導(dǎo)氣管。伸入儲罐內(nèi)部的吹氣測量管管口距離設(shè)備底部5~10cm, 外部引吹氣氣源到該表附近, 按原理圖分別配管安裝減壓閥、恒流器、差壓變送器、吹氣測量管等。安裝完畢后, 根據(jù)液硫池深度算出差壓變送器量程并設(shè)定好, 同時在DCS上組態(tài)相應(yīng)參數(shù)。投入使用后效果良好, 克服了雷達(dá)液位計的應(yīng)用不足, 解決了硫磺裝置液硫池液位的測量問題。

1) 由于吹氣式液位計將壓力檢測端移至頂部, 其使用維修都很方便, 因此很適用于像液硫池之類地下儲罐等場合。

2) 吹氣測量管不易堵塞, 如果出現(xiàn)堵塞的情況只需將氣源開大即可解決, 如果把吹氣測量管換成蒸汽夾套管, 基本上就解決了堵塞的問題, 不會出現(xiàn)雷達(dá)液位計天線上硫蒸氣結(jié)晶、掛料影響測量的問題。

3) 吹氣式液位計結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護(hù)簡單方便無需專門培訓(xùn)、工作量小, 在安全生產(chǎn)和維護(hù)方便方面具有很大的優(yōu)勢。

吹氣式液位計在硫磺裝置液硫池上應(yīng)用也有一些不足之處:

1) 因是吹氣式測量, 大多數(shù)情況下需要有連續(xù)的空氣流或氣體流, 因而要消耗部分氣體。由于吹氣測量管與介質(zhì)接觸, 故要求吹氣測量管要耐介質(zhì)腐蝕, 并且在停氣時要注意避免介質(zhì)引入變送器。在裝置停工和停氣時, 還要避免吹氣測量管線的堵塞。

2) 吹氣測量管的長管管口應(yīng)距離設(shè)備底部5~10cm, 以利于吹氣測量管中氣泡的逸出, 這部分的高度為液位測量的盲區(qū)。當(dāng)實際液位處于盲區(qū)時, 將無法根據(jù)該液位計來判斷液位。

3) 由于吹氣壓力、流量、介質(zhì)溫度、密閉容器的壓力等因素對測量精度有影響, 因而需要合理地選擇吹氣流量、吹氣壓力、工作壓力等參數(shù)值的范圍, 以滿足吹氣裝置精度、穩(wěn)定性的要求。

吹氣式液位計在該廠硫磺裝置液硫池上成功應(yīng)用, 效果良好, 相比其他液位計有其獨特的優(yōu)勢, 并且已將其成功推廣到同裝置液硫罐液位的測量以及硫酸裝置的酸液儲罐的液位測量上, 均取得了良好效果, 根本解決了該廠液硫液位的測量問題。