近年來, 隨著對環境保護的重視以及石油石化行業加工高含硫原油不斷增加的現狀, 硫磺回收裝置被廣泛應用。 硫磺回收裝置在生產過程中, 其產生的液硫主要集中在液硫池中, 脫氣后輸送到硫磺成型機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之一。 但一直以來由于液硫具有黏度大且易凝固、結晶等特性, 在設計中普遍選用雷達液位計測量其液位, 應用效果很不理想。為了解決液硫池液位測量問題, 根據介質特性和工藝條件, 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, 利用現有的測量位置進行改造, 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液位計, 其測量原理是采用發射—反射—接收的工作模式, 雷達液位計的天線發射出電磁波, 該波經被測對象表面反射后, 再被天線接收, 電磁波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比, 關系式如下:

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

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

1) 雷達液位計優點。雷達液位計技術先進, 采用一體化設計, 無可動部件, 不存在機械磨損, 采用非接觸式測量, 不受槽內液體的密度、濃度等物理特性的影響, 使用壽命長;雷達液位計測量時發出的電磁波能夠穿過真空, 不需要傳輸媒介, 在實際應用中, 大部分介質都能反射足夠的反射波, 幾乎能用于所有液體的液位測量;雷達液位計參數設定方便, 可用液位計上的簡易操作鍵進行設定, 但實際功能豐富, 維護需要經過專門培訓。

2) 雷達液位計缺點。雷達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, 如果被測介質液面不能將電磁波反射回雷達天線或在信號波的范圍內有干擾物反射干擾波給雷達液位計, 雷達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, 由于液硫池介質的特點, 雷達液位計天線表面經常出現硫蒸氣結晶掛料, 使得雷達反射波受到干擾, 液位計測量受到嚴重影響。為除去此類干擾反射波的影響, 保證準確測量, 需要儀表維護人員經常拆裝清理天線上的硫蒸氣結晶物。儀表維護工作量大、作業頻繁, 且作業現場有大量硫化氫氣體泄漏, 因而大幅增加了維修人員現場作業的危險性。液硫池液位的長期無法正常測量嚴重影響了裝置的正常運行, 因此雖然雷達液位計技術先進, 但不宜應用在液硫池這種場合。

吹氣式液位計是應用靜壓平衡原理測量液位, 如圖1所示。

圖1 中, 凈化風空氣 (穩定的壓力, 宜用儀表風) 經過過濾減壓閥后, 再經定值器輸出一定的壓力, 經節流元件后分兩路:一路進到安裝在容器內的導管, 由容器底部吹出;另一路進入壓力計進行指示。當液位較低時, 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過減壓閥后, 進入恒流器 (限流孔板) , 再經轉子流量計, 以一定流量均勻地送入吹氣測量管, 當長吹氣測量管內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, 可以認為差壓變送器的高壓腔所受的壓力等于長吹氣測量管內的壓力。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系。

液硫池是地下儲罐, 在原有雷達液位計安裝位置上用相同規格的平面法蘭取代, 法蘭中心加工成卡套連接孔, 下部連接伸入儲罐內部的吹氣測量管, 上部連接儲罐外部的導氣管。伸入儲罐內部的吹氣測量管管口距離設備底部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, 根據液硫池深度算出差壓變送器量程并設定好, 同時在DCS上組態相應參數。投入使用后效果良好, 克服了雷達液位計的應用不足, 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, 不會出現雷達液位計天線上硫蒸氣結晶、掛料影響測量的問題。

3) 吹氣式液位計結構簡單、價格低廉、維護簡單方便無需專門培訓、工作量小, 在安全生產和維護方便方面具有很大的優勢。

吹氣式液位計在硫磺裝置液硫池上應用也有一些不足之處:

1) 因是吹氣式測量, 大多數情況下需要有連續的空氣流或氣體流, 因而要消耗部分氣體。由于吹氣測量管與介質接觸, 故要求吹氣測量管要耐介質腐蝕, 并且在停氣時要注意避免介質引入變送器。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距離設備底部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。當實際液位處于盲區時, 將無法根據該液位計來判斷液位。

3) 由于吹氣壓力、流量、介質溫度、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、工作壓力等參數值的范圍, 以滿足吹氣裝置精度、穩定性的要求。

吹氣式液位計在該廠硫磺裝置液硫池上成功應用, 效果良好, 相比其他液位計有其獨特的優勢, 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。