| 差壓變送器在脫硫吸收塔液位測量方案中的應(yīng)用案例 |
| 信息來源： 差壓變送器 | 2024-06-24 點(diǎn)擊量： 8790 |
0 引言
目前大多數(shù)煙氣脫硫系統(tǒng)采用的是石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)，其中吸收塔是進(jìn)行煙氣脫硫的主要設(shè)備，吸收塔液位對脫硫系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行有著極其重要的作用，但由于吸收塔本體結(jié)構(gòu)的特殊性，無法使用當(dāng)前主流的液位計(jì)進(jìn)行直接測量。其中吸收塔液位在脫硫系統(tǒng)中是非常重要的參數(shù)，系統(tǒng)中循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)、攪拌器等關(guān)鍵設(shè)備的連鎖保護(hù)條件均與之直接關(guān)聯(lián)，所以說吸收塔液位測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性決定脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，也影響著與脫硫系統(tǒng)相關(guān)的其他工藝系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本文介紹目前采用的差壓變送器等儀表來進(jìn)行測量吸收塔液位的幾種方法，并分析各種測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
石灰石—石膏法脫硫系統(tǒng)的主要設(shè)備是吸收塔，如圖1 所示，吸收塔主要由漿液氧化區(qū)、吸收區(qū)、噴淋層、除霧層、入口煙道及出口煙道組成。常規(guī)容器的液位測量可采用在容器頂部安裝超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)或浮子液位計(jì)，或在側(cè)壁安裝磁翻板液位計(jì)加以測量。對于密度受溫度影響不大的液體，若是敞口容器，可在容器底部安裝壓力變送器，經(jīng)公式H=（P/ρg）+h 計(jì)算后得出；若是密閉容器，則需安裝差壓變送器，經(jīng)公式H=（ΔP/ρg）+h 計(jì)算后得出，式中，H 為液位高度，P 為壓力，ΔP 為差壓，ρ為液體密度，h 為壓力變送器或差壓變送器的安裝高度。差壓變送器應(yīng)用圖例
1 問題產(chǎn)生
脫硫吸收塔內(nèi)介質(zhì)比較復(fù)雜，在漿液氧化區(qū)內(nèi)主要是硫酸鈣漿液、亞硫酸鈣漿液和氧化空氣，吸收區(qū)內(nèi)是帶正壓的煙氣和漿液的混合物。由于吸收塔漿池上方是大量的噴淋漿液和煙氣混合物，因此無法在頂部安裝超聲波液位計(jì)或雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行測量。石灰石—石膏漿液主要有3 點(diǎn)特殊性。
?。?）為保證脫硫效率，漿液含固量高達(dá)20%，即使在攪拌器的作用下讓漿液不停的流動，漿池上、下層密度也不均勻。
?。?）漿液中的亞硫酸鈣具有很強(qiáng)的黏性，若將儀表探頭伸入其中，亞硫酸鈣慢慢附著在探頭表面，從而影響儀表的正常工作，使測量數(shù)據(jù)失真。
?。?）漿液中含有大量的氧化空氣，氧化空氣管網(wǎng)一般安裝在距塔底約3 m 高的位置，氣泡上升過程中隨著漿液壓強(qiáng)的減小而逐步膨脹，進(jìn)一步導(dǎo)致吸收塔內(nèi)漿液上、下層密度的差距。由于漿液的以上特性，若僅在吸收塔側(cè)壁上安裝壓力變送器，是無法測量比較準(zhǔn)確的液位數(shù)據(jù)的。此外，浮子液位計(jì)和磁翻板液位計(jì)更無法適應(yīng)如此惡劣工況。
2 解決方案
為了比較準(zhǔn)確測量吸收塔液位，目前國內(nèi)的脫硫系統(tǒng)普遍采用壓力變送器測量吸收塔底部的壓力，并安裝漿液密度測量裝置，將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至DCS（Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）或PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)，然后根據(jù)公式H=（P/ρg）+h 計(jì)算吸收塔的液位。由于密度測量方法多種多樣，但各有特點(diǎn)，且差異較大，直接影響了工程的造價(jià)、測量裝置的穩(wěn)定運(yùn)行程度以及系統(tǒng)運(yùn)行期間的的維護(hù)工作量大小。由于吸收塔液位在脫硫系統(tǒng)中是非常重要的參數(shù)，儀表數(shù)量按工藝要求均為冗余配置，以下各種測量方法中不再贅述。
（1）裝置一———質(zhì)量流量計(jì)+壓力變送器測量回路。此方法先利用質(zhì)量流量計(jì)實(shí)時(shí)測量漿液的密度，然后通過壓力變送器測出的壓力值計(jì)算吸收塔液位。密度測量回路主要由石膏漿液抽取泵（一用一備）、閥門（抽取泵入口閥、出口閥、沖洗閥、排放閥）、質(zhì)量流量計(jì)、壓力表及管件組成，壓力測量回路主要由壓力變送器、閥門、沖洗管路組成（圖2）。
啟動密度測量回路時(shí)，需先關(guān)閉沖洗閥、排放閥、出口閥，然后打開入口閥，待抽取泵充滿漿液后啟泵，啟泵成功后再打開出口閥，并根據(jù)泵出口壓力表的指示調(diào)節(jié)出口閥門至合適的壓力，以保證測量管內(nèi)流速滿足測量的需要，又不至于流速過高，導(dǎo)致質(zhì)量流量計(jì)磨損嚴(yán)重，縮短儀表的使用壽命。
當(dāng)脫硫系統(tǒng)停運(yùn)或質(zhì)量流量計(jì)需要維護(hù)檢修時(shí)，應(yīng)先停止?jié){液抽取泵，然后關(guān)閉入口閥，打開排放閥，至測量管路內(nèi)的漿液排盡后，打開沖洗閥，用工藝水將管路沖洗干凈后即可關(guān)閉沖洗閥、排放閥和出口閥。
壓力測量儀表采用一體化隔膜式壓力變送器，一次檢修閥應(yīng)盡量靠近吸收塔側(cè)壁，采樣管應(yīng)與側(cè)壁保持約60°夾角，可減少漿液在測量管路中沉積，以防采樣管堵塞。此外，還應(yīng)在靠近壓力變送器隔膜處安裝沖洗管路，定時(shí)沖洗壓力變送器的膜片、采樣管及檢修閥門，以確保測量管路的暢通。
本方法測量的吸收塔液位應(yīng)由公式H=（P/ρg）+h 計(jì)算后得出。式中，H 為液位計(jì)算值，P 為壓力，ρ 為質(zhì)量流量計(jì)測出的漿液密度，g 為重力加速度，h 為壓力變送器的安裝高度。本法中的質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度高，精度可達(dá)0.2%，完全滿足脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行要求；無直管段要求，安裝較為方便；可靠性高，維修率低。利用漿液抽取泵不斷抽取吸收塔中的漿液進(jìn)行測量，保證了測量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。
?。?）裝置二———音叉密度計(jì)+壓力變送器測量回路。本方法在吸收塔底部側(cè)壁上分別安裝音叉密度計(jì)和壓力變送器，其中音叉密度計(jì)用以測量漿液密度，壓力變送器用以測量漿池底部壓力，如圖3 所示。為了保證儀表測量的可靠性及穩(wěn)定性，安裝時(shí)應(yīng)將儀表與吸收塔側(cè)壁保持大約60°夾角，同時(shí)應(yīng)安裝沖洗管路，定時(shí)沖洗采樣管及音叉密度計(jì)的傳感器。液位由公式H=（P/ρg）+h 計(jì)算后得出。式中，H 為液位計(jì)算值，P 為壓力，ρ 為漿液密度，g 為重力加速度，h 為壓力變送器的安裝高度。
采用本方法測量時(shí)，結(jié)構(gòu)簡單，減少了設(shè)備故障率，相應(yīng)也減小了維護(hù)工作量，但由于音叉密度計(jì)的探頭是插入到吸收塔內(nèi)的，無法安裝檢修閥門。若出現(xiàn)音叉密度計(jì)需要維護(hù)檢修時(shí)，必須等脫硫系統(tǒng)停運(yùn)并將吸收塔漿液排空后，才能將其拆卸送檢。因此建議將音叉密度計(jì)冗余配置，以增加本套裝置的可靠度。也可定制在線可插拔球閥組件，從而徹底杜絕檢修儀表時(shí)影響工藝系統(tǒng)運(yùn)行的情況。
?。?）裝置三———差壓變送器+壓力變送器測量回路。本套裝置采用差壓變送器測量漿液的密度，利用壓力變送器測量漿池底部的壓力，然后通過公式間接計(jì)算出吸收塔液位，如圖4 所示。差壓變送器采用隔膜式分體結(jié)構(gòu)，2 個(gè)遠(yuǎn)傳膜片安裝在吸收塔側(cè)壁合適的位置（高差一般控制在3～5 m），膜片通過毛細(xì)管與變送器本體連接。脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)漿液的密度大約控制在1120 kg/m3 左右，因此吸收塔漿池介質(zhì)從工藝水變?yōu)檎５氖沂?mdash;石膏漿液時(shí)，差壓變送器的數(shù)據(jù)相應(yīng)從29.4 kPa 上升
至32.9 kPa（膜片高差按3 m 設(shè)計(jì)），變化范圍非常小，大約3.5 kPa，若儀表量程為50 kPa，變化范圍僅占儀表量程的7%，因此應(yīng)選擇高精度的微差壓變送器。
密度計(jì)算方法：ρ=ΔP/（gΔH）計(jì)算后得出。式中，ρ 為漿液密度計(jì)算值，ΔP 為差壓，g 為重力加速度，ΔH 為差壓變送器2 個(gè)膜片的高度差。
液位計(jì)算方法：H=（P/ρg）+h 計(jì)算后得出。式中，H 為液位計(jì)算值，P 為壓力，ρ 為密度計(jì)算公式中的漿液密度計(jì)算值，g 為重力加速度，h 為壓力變送器的安裝高度。采用本裝置測量漿池液位時(shí)，結(jié)構(gòu)簡單，差壓變送器和壓力變送器技術(shù)也非常成熟可靠，成本也較低。僅需安裝沖洗管路對儀表膜片和采樣管路定時(shí)沖洗，維護(hù)工作量相對較少。
3 測量裝置比較
以上3 套裝置均是目前脫硫系統(tǒng)中常用的吸收塔液位測量裝置，各有優(yōu)缺點(diǎn)。
?。?）裝置一使用的質(zhì)量流量計(jì)精度高、穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)的可重復(fù)性也很好，因此測量漿液的密度值可靠性高，提高了整套液位測量裝置的綜合精度，在脫硫技術(shù)剛引入國內(nèi)時(shí)曾大量使用。但裝置本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用了專門的測量管路、泵及大量閥門，增加了裝置的故障點(diǎn)，維護(hù)工作量大大增加。
?。?）裝置二在裝置一的基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)，主要是取消了專門的密度測量管路，將密度測量儀表直接安裝在吸收塔側(cè)壁上，密度測量采用了高精度的音叉密度計(jì)，大大簡化了測量裝置。缺點(diǎn)是目前適合脫硫工況的音叉密度計(jì)生產(chǎn)廠家很少，價(jià)格比較貴；而且還沒有與之配套的在線檢修閥門，面臨檢修儀表時(shí)需停運(yùn)工藝系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。
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