差壓式液位變送器在大型氧化反應(yīng)器液位測(cè)量中的應(yīng)用方案

　　　 液位是石油化工生產(chǎn)過(guò)程中重點(diǎn)監(jiān)控的四大過(guò)程參數(shù)之一。工藝設(shè)備內(nèi)物料液位的測(cè)量是否真實(shí)準(zhǔn)確，往往直接影響工藝生產(chǎn)，甚至關(guān)系到安全生產(chǎn)問(wèn)題。氧化反應(yīng)器是過(guò)氧化二異丙苯（DCP）生產(chǎn)工藝中至關(guān)重要的設(shè)備。因此，氧化反應(yīng)器的液位監(jiān)控顯得尤為重要。如采用傳統(tǒng)差壓法測(cè)量氧化反應(yīng)器的液位，通過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)差壓液位測(cè)量法的誤差偏大，不能滿足工藝要求。因此，設(shè)計(jì)中根據(jù)生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)囊何粶y(cè)量方法對(duì)氧化反應(yīng)器的液位進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，對(duì)DCP裝置的生產(chǎn)顯得尤為重要。該項(xiàng)目采用了差壓式液位變送器對(duì)氧化反應(yīng)器的液位進(jìn)行測(cè)量。不但解決了測(cè)量精度問(wèn)題，且安裝、維護(hù)方便。  
　　
1 問(wèn)題提出
　　位于浙江的某化工企業(yè)新建50 000 t/年DCP裝置。其氧化工段為連續(xù)生產(chǎn)工藝，此工段內(nèi)有四套大型氧化反應(yīng)器，這四套氧化反應(yīng)器相互串聯(lián)。氧化反應(yīng)器外形尺寸：直徑：Ф2 800 mm，總高：26 320 mm。液位測(cè)量取壓口間距：h2-h1=21 700 mm。氧化反應(yīng)器操作壓力：0.15～0.2 MPa（G）。如采用傳統(tǒng)差壓液位測(cè)量方法，其管路安裝圖如圖1所示。


　　圖1中：ρ1為氧化反應(yīng)器內(nèi)物料密度；ρ2為隔離液密度；H為氧化反應(yīng)器內(nèi)物料液位；h2-h1為液位測(cè)量取壓口間距。
　　根據(jù)差壓液位測(cè)量原理可得知，差壓液位變送器正負(fù)室的壓差ΔP應(yīng)滿足公式[1]：
　　ΔP=ρ1gH+ρ2gh1-ρ2gh2，ΔP=ρ1gH-（h2-h1）ρ2g （1）
　　由（1）式我們可清楚的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ρ2不變時(shí)，對(duì)差壓液位變送器做負(fù)遷移后[3]，差壓液位變送器檢測(cè)的壓差ΔP將與氧化反應(yīng)器內(nèi)物料液位H成線性關(guān)系。對(duì)變送器做負(fù)遷移問(wèn)題這里不再贅述。
　　由（1）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2g]/ρ1g （2）
　　由于該裝置為戶外裝置，故隔離液的溫度將難免受環(huán)境溫度或伴熱溫度的影響。當(dāng)隔離液溫度發(fā)生變化后，即ρ2變化后，而變送器參數(shù)保持不變時(shí)，則由（1）式可知ΔP必然將發(fā)生變化，那么，氧化反應(yīng)器液位指示值H也必然發(fā)生相應(yīng)變化。液位測(cè)量由此產(chǎn)生誤差。
　　現(xiàn)在我們假設(shè)在環(huán)境溫度為25 ℃時(shí)將差壓液位變送器校準(zhǔn)好，氧化反應(yīng)器內(nèi)物料液位保持在H=7 m處，隔離液為水。物料密度ρ1=0.91 g/mL，25 ℃時(shí)ρ2=0.997 g/mL。那么，由（2）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g （3）
　　式中ρ2（25）為25 ℃時(shí)隔離液密度。此時(shí)H為實(shí)際液位值。當(dāng)隔離液溫度升至35 ℃時(shí)，液位變送器參數(shù)不變，但ΔP將變?yōu)?Delta;P（35），ΔP（35）=ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g （4）
　　由此導(dǎo)出：H（35）=[ΔP（35）+（h2-h1）ρ2（25）g]/ ρ1g=[ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g= H-（ρ2（35）-ρ2（25））×（h2-h1）/ρ1 （5）
　　由（5）式得知：當(dāng)隔離液溫度升至35 ℃時(shí)，液位指示值H（35）比實(shí)際液位H增加了（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1。代入數(shù)值后，得知：當(dāng)隔離液溫度由25℃升至35℃后，液位測(cè)量誤差為：ΔH（25）=（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1≈71.5 mm。此時(shí)測(cè)量值的相對(duì)誤差為：ΔH（25）/H=71.5/7 000=0.010 2≈1%。氧化反應(yīng)器內(nèi)物料體積偏差：ΔV=π（D/2）2×ΔH（25）≈0.44 m3。由此可見(jiàn)，采用傳統(tǒng)差壓液位測(cè)量方法時(shí)，當(dāng)隔離液溫度變化時(shí)，其液位測(cè)量誤差還是較大的。
　　由于該項(xiàng)目氧化反應(yīng)器的液位測(cè)量取壓口間距太大，h2-h1=21 700 mm，雙法蘭帶毛細(xì)管差壓液位變送器也無(wú)法適用。
　　2 解決方案
　　為解決氧化反應(yīng)器的液位測(cè)量問(wèn)題，通過(guò)多方比較，我們終采用了Rosemount 3051S/ERS差壓式液位變送器系列。該系列變送器由2個(gè)3051S壓力傳感器構(gòu)成。高壓側(cè)為主傳感器，低壓側(cè)為副傳感器。主、副傳感器間采用CAN通訊協(xié)議通訊。通訊纜采用雙絞屏蔽線即可，無(wú)需專(zhuān)用電纜。主傳感器配有一專(zhuān)用計(jì)算模塊，主傳感器接收高壓側(cè)壓力信號(hào)，并與副傳感器傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行差壓計(jì)算，然后將差壓轉(zhuǎn)換成4～20 mA模擬信號(hào)輸出至控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。其安裝方式見(jiàn)圖2。


　　3 Rosemount 3051S/ERS差壓式液位變送器方案的優(yōu)點(diǎn)
　　（1）安裝、維護(hù)方便。
　　此方案省去了傳統(tǒng)差壓液位測(cè)量方法中的引壓管、隔離液等。減少了安裝、維護(hù)的工作量，減少了安裝材料費(fèi)用。同時(shí)也避免了隔離液保溫、伴熱、泄漏等問(wèn)題。
　　（2）響應(yīng)快、精度高、穩(wěn)定性好。
　　Rosemount 3051S/ERS的響應(yīng)時(shí)間為0.5 s。根據(jù)Rosemount公司提供的數(shù)據(jù)，雙法蘭帶毛細(xì)管差壓液位變送器，當(dāng)毛細(xì)管長(zhǎng)度為10英尺時(shí)，其響應(yīng)時(shí)間為2.5 s。3051S/ERS差壓式液位變送器測(cè)量精度高且不受環(huán)境溫度發(fā)生變化的影響。
　　（3）建立真正的零基準(zhǔn)差壓測(cè)量。
　　（4）減少了備品備件。
　　（5）Rosemount 3051S/ERS差壓式液位變送器功能強(qiáng)。
　　3051S/ERS除了提供液位計(jì)算外，還可以提供每個(gè)壓力傳感器的測(cè)量值及物料體積測(cè)量值等。
　　4 結(jié)語(yǔ)
　　差壓式液位變送器很好地解決了大型氧化器的液位測(cè)量問(wèn)題。在石油化工設(shè)計(jì)中，常常會(huì)碰到大型容器、塔器的液位測(cè)量問(wèn)題。尤其在環(huán)境惡劣地區(qū)，差壓式液位變送器是一種較好的液位檢測(cè)手段。另外，由于其安裝方便，就設(shè)備改造項(xiàng)目而言，該方案也值得借鑒。

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