新型現(xiàn)場(chǎng)儀表在化工裝置關(guān)鍵工況中的應(yīng)用
1 引言
在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)化就是通過(guò)過(guò)程檢測(cè)儀表獲取、轉(zhuǎn)換、顯示、傳送各類信息（ 物料的溫度、壓力、流量、組分，靜止設(shè)備的物位、界面，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)的振幅、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、位移等） ，再經(jīng)過(guò)程控制系統(tǒng)（ DCS、ITCC 等） 處理后出指令，控制調(diào)節(jié)閥等。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的目的就是使工藝參數(shù)保持在需要的數(shù)值上，設(shè)備處于*工作狀態(tài)。就過(guò)程檢測(cè)儀表和調(diào)節(jié)閥而言，它們好比人的“五官”和“四肢”。如果對(duì)控制參數(shù)不能有效準(zhǔn)確的檢測(cè)和調(diào)節(jié)，控制就成為無(wú)源之水、無(wú)本之木。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，以雷達(dá)液位計(jì)和迷宮閥為代表的新型過(guò)程檢測(cè)儀表和調(diào)節(jié)閥技術(shù)發(fā)展日趨成熟，應(yīng)用愈加廣泛，尤其是在化工裝置上應(yīng)對(duì)和解決各種復(fù)雜、惡劣、關(guān)鍵的工況中，取得了顯著的效果。
2 雷達(dá)液位計(jì)
2． 1 測(cè)量原理
如圖 1 所示，以纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)為例，其測(cè)量原理是基于時(shí)間行程，即儀表測(cè)量從參考點(diǎn)（ 儀表過(guò)程連接處） 到液位表面的距離: 探頭發(fā)出高頻雷達(dá)波并沿纜繩傳播，當(dāng)雷達(dá)波遇到液位表面時(shí)反射回來(lái)被儀表內(nèi)的接收器接收，由于信號(hào)頻率在改變，回波與信號(hào)發(fā)射瞬間相比，其頻率稍有不同。該頻率差正比于至液面的距離，并且可地計(jì)算，由此測(cè)得液位高度值。
圖 1 雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理示意圖
2． 2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1） 與介質(zhì)密度、溫度、壓力等因素?zé)o關(guān)，測(cè)量精度高且應(yīng)用廣泛;
2） 無(wú)移動(dòng)部件，可靠性高且可實(shí)現(xiàn)免維護(hù);
3） 根據(jù)設(shè)備要求可以選擇多種安裝方式，靈活適應(yīng)性強(qiáng);
4） 可采用液晶表頭、手持智能終端、以及電腦軟件等多種方式進(jìn)行參數(shù)組態(tài)，調(diào)試方便;
5） 采用軟件可以完成對(duì)儀表的組態(tài)、數(shù)據(jù)保護(hù)、信號(hào)分析、文件處理等功能，分析診斷功能強(qiáng)大;
6） 電子部件均集成在顯示表頭，可以在線拆卸、互換，維修方便。
選型和安裝
采用 E + H 公司的纜式智能 HART 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)（ FMP40 型） ，過(guò)程接口法蘭為 DN40，壓力等級(jí)為 PN40，材質(zhì)為 316L，纜繩長(zhǎng) 23． 5m，直徑6mm，材質(zhì)為 316，配分離型顯示表（ 安裝在儲(chǔ)罐地面上，電纜長(zhǎng)約 30m） ，測(cè)量范圍為 20m。該雷達(dá)液位計(jì)安裝在氨罐頂部，纜繩頂端安一 DN150 ×2m 的短管，并用對(duì)中環(huán)進(jìn)行限位約束，底端探頭采用螺栓固定在罐體內(nèi)底部并接地。
使用效果
該雷達(dá)液位計(jì)于 2006 年 3 月份系統(tǒng)大修期間氨罐清洗時(shí)安裝并投用，其測(cè)量信號(hào)引入 DCS進(jìn)行顯示和報(bào)警，同時(shí)還引入 ESD 進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)，使用至今測(cè)量穩(wěn)定、正常、可靠、準(zhǔn)確，2011 年顯示表頭故障而更換過(guò)，基本屬于免維護(hù)狀態(tài)。
鍋爐汽包
工況概況
實(shí)際案例為快鍋裝置鍋爐汽包，設(shè)計(jì)溫度為370 ℃ ，設(shè)計(jì)表壓為 3． 85 MPa（ 氣相層） 。該汽包過(guò)去采用電極式液位開(kāi)關(guān)、浮子開(kāi)關(guān)和差壓變送器進(jìn)行測(cè)量、報(bào)警和聯(lián)鎖，后取消電極式液位開(kāi)關(guān)，增設(shè)桿式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，采用2oo3 邏輯表決方式進(jìn)行液位低低聯(lián)鎖保護(hù)。
選型和安裝
采用 Rosemount 公司的智能 HART 桿式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)（ 3301HTHP 型） ，過(guò)程接口法蘭為N50，壓力等級(jí)為 ANSI 600 #，材質(zhì)為 316，導(dǎo)波桿長(zhǎng) 800 mm，直徑 6 mm，材質(zhì) 316，測(cè)量范圍為500 mm。該高溫高壓型雷達(dá)液位計(jì)的溫度 － 壓力曲線關(guān)系如圖 2 所示。該雷達(dá)液位計(jì)安裝在旁通測(cè)量筒內(nèi)，在導(dǎo)波桿尾端用對(duì)中環(huán)進(jìn)行限位約束。
使用效果
該雷達(dá)液位計(jì)于 2007 年 6 月份系統(tǒng)大修期間安裝并投用，使用至今測(cè)量穩(wěn)定、正常、可靠、準(zhǔn)確，未曾檢修。
2壓縮機(jī)表面冷凝
器 905 － C，設(shè)計(jì)溫度為 48 ℃，設(shè)計(jì)表壓為 －85kPa（ 氣相層） 。該氨罐過(guò)去采用氣動(dòng)浮筒式液位計(jì)進(jìn)行測(cè)量，由于不能在高真空工況下正常使用，后將其改為雷達(dá)液位計(jì)，測(cè)量信號(hào)引入 DCS 進(jìn)行顯示、報(bào)警和聯(lián)鎖。
選型和安裝
采用KOE公司的智能 HART 纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)（ FMP40 型） ，過(guò)程法蘭接口為 DN50，壓力等級(jí)為 ANSI 150#，材質(zhì)為316，導(dǎo)波桿長(zhǎng) 560mm，直徑 6mm，材質(zhì) 316，測(cè)量范圍為 550mm。該雷達(dá)液位計(jì)安裝在直徑為 2″的旁通測(cè)量筒內(nèi)，過(guò)程接口為 1 － 1/2″，在導(dǎo)波桿尾端用對(duì)中環(huán)進(jìn)行限位約束。
使用效果
該雷達(dá)液位計(jì)于 2008 年 8 月份系統(tǒng)大修期間安裝并投用，使用至今測(cè)量穩(wěn)定、正常、可靠、準(zhǔn)確，未曾檢修。
結(jié)晶介質(zhì)
工況概況
實(shí)際案例為尿素裝置 S403/404 液位測(cè)量，介質(zhì)為 尿 液，設(shè) 計(jì) 溫 度 為 168℃，設(shè) 計(jì) 表 壓 為1. 85MPa（ 氣相層） 。該氨罐過(guò)去采用雙法蘭液位變送器進(jìn)行測(cè)量，由于結(jié)晶嚴(yán)重、測(cè)量不準(zhǔn)，后改為桿式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。
選型和安裝
采用 E + H 公司的智能 HART 桿式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)（ FMP41C 型） ，過(guò)程法蘭接口為 DN50，壓力等級(jí)為 ANSI 300 #，材質(zhì)為 316L，導(dǎo)波桿長(zhǎng)550mm，直 徑 6mm，材 質(zhì) 316L，測(cè) 量 范 圍 為1300mm。該雷達(dá)液位計(jì)安裝直徑為 3″的旁通測(cè)量筒內(nèi)（ 夾套式蒸汽伴熱保溫） ，過(guò)程接口為 1 －1/2″，在導(dǎo)波桿尾端用對(duì)中環(huán)進(jìn)行限位約束。
使用效果
該雷達(dá)液位計(jì)于 2009 年 5 月份系統(tǒng)大修期間安裝并投用，2011 年因?qū)РU與顯示表頭密封問(wèn)題，出現(xiàn)介質(zhì)滲漏，導(dǎo)致同軸接頭絕緣下降和電子部件腐蝕，后對(duì)密封整改后運(yùn)行正常，使用至今測(cè)量穩(wěn)定、正常、可靠、準(zhǔn)確，基本屬于免維護(hù)狀態(tài)。
3 迷宮閥
在化工裝置中，具有很多高壓差、高流速等嚴(yán)峻工況，存在氣蝕、閃蒸等因素對(duì)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生巨大破壞，采用如迷宮閥這類的多級(jí)降壓閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)閥，可以有效地解決此類問(wèn)題，并可獲得較大經(jīng)濟(jì)效益。
參考資料：
雷達(dá)液位計(jì)：http://www.koeyb.com
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)：http://www.koeyb.com/leidawuweiji/2013-05-16/13.html
磁翻板液位計(jì)價(jià)格：http://www.koeyb.com/cifanbanyeweiji/
雷達(dá)物位計(jì)：http://www.koeyb.com/leidawuweiji/
高頻雷達(dá)液位計(jì)：http://www.koeyb.com/leidawuweiji/2013-05-15/1.html