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    差壓變送器在脫硫吸收塔液位測量方案中的應用案例
    信息來(lái)源: 差壓變送器 | 2024-06-24 點(diǎn)擊量: 3844
      0 引言
     
      目前大多數煙氣脫硫系統采用的是石灰石—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備,吸收塔液位對脫硫系統的安全可靠運行有著(zhù)極其重要的作用,但由于吸收塔本體結構的特殊性,無(wú)法使用當前主流的液位計進(jìn)行直接測量。其中吸收塔液位在脫硫系統中是非常重要的參數,系統中循環(huán)泵、氧化風(fēng)機、攪拌器等關(guān)鍵設備的連鎖保護條件均與之直接關(guān)聯(lián),所以說(shuō)吸收塔液位測量數據的準確性及穩定性決定脫硫系統的穩定運行,也影響著(zhù)與脫硫系統相關(guān)的其他工藝系統的安全運行。本文介紹目前采用的差壓變送器等儀表來(lái)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—石膏法脫硫系統的主要設備是吸收塔,如圖1 所示,吸收塔主要由漿液氧化區、吸收區、噴淋層、除霧層、入口煙道及出口煙道組成。常規容器的液位測量可采用在容器頂部安裝超聲波液位計、雷達液位計或浮子液位計,或在側壁安裝磁翻板液位計加以測量。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。差壓變送器應用圖例
     
     
      1 問(wèn)題產(chǎn)生
     
      脫硫吸收塔內介質(zhì)比較復雜,在漿液氧化區內主要是硫酸鈣漿液、亞硫酸鈣漿液和氧化空氣,吸收區內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(wú)法在頂部安裝超聲波液位計或雷達液位計進(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20%,即使在攪拌器的作用下讓漿液不停的流動(dòng),漿池上、下層密度也不均勻。
     
     ?。?)漿液中的亞硫酸鈣具有很強的黏性,若將儀表探頭伸入其中,亞硫酸鈣慢慢附著(zhù)在探頭表面,從而影響儀表的正常工作,使測量數據失真。
     
     ?。?)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(guò)程中隨著(zhù)漿液壓強的減小而逐步膨脹,進(jìn)一步導致吸收塔內漿液上、下層密度的差距。由于漿液的以上特性,若僅在吸收塔側壁上安裝壓力變送器,是無(wú)法測量比較準確的液位數據的。此外,浮子液位計和磁翻板液位計更無(wú)法適應如此惡劣工況。
     
      2 解決方案
     
      為了比較準確測量吸收塔液位,目前國內的脫硫系統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,將數據遠傳至DCS(Distributed Control System,集散控制系統)或PLC(Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)控制系統,然后根據公式H=(P/ρg)+h 計算吸收塔的液位。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)、測量裝置的穩定運行程度以及系統運行期間的的維護工作量大小。由于吸收塔液位在脫硫系統中是非常重要的參數,儀表數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。
     
     ?。?)裝置一———質(zhì)量流量計+壓力變送器測量回路。此方法先利用質(zhì)量流量計實(shí)時(shí)測量漿液的密度,然后通過(guò)壓力變送器測出的壓力值計算吸收塔液位。密度測量回路主要由石膏漿液抽取泵(一用一備)、閥門(mén)(抽取泵入口閥、出口閥、沖洗閥、排放閥)、質(zhì)量流量計、壓力表及管件組成,壓力測量回路主要由壓力變送器、閥門(mén)、沖洗管路組成(圖2)。
     
      啟動(dòng)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(kāi)入口閥,待抽取泵充滿(mǎn)漿液后啟泵,啟泵成功后再打開(kāi)出口閥,并根據泵出口壓力表的指示調節出口閥門(mén)至合適的壓力,以保證測量管內流速滿(mǎn)足測量的需要,又不至于流速過(guò)高,導致質(zhì)量流量計磨損嚴重,縮短儀表的使用壽命。
     
      當脫硫系統停運或質(zhì)量流量計需要維護檢修時(shí),應先停止漿液抽取泵,然后關(guān)閉入口閥,打開(kāi)排放閥,至測量管路內的漿液排盡后,打開(kāi)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?jì)x表采用一體化隔膜式壓力變送器,一次檢修閥應盡量靠近吸收塔側壁,采樣管應與側壁保持約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(mén),以確保測量管路的暢通。
     
      本方法測量的吸收塔液位應由公式H=(P/ρg)+h 計算后得出。式中,H 為液位計算值,P 為壓力,ρ 為質(zhì)量流量計測出的漿液密度,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)量流量計準確度高,精度可達0.2%,完全滿(mǎn)足脫硫系統的運行要求;無(wú)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,保證了測量數據的實(shí)時(shí)性。
     
     ?。?)裝置二———音叉密度計+壓力變送器測量回路。本方法在吸收塔底部側壁上分別安裝音叉密度計和壓力變送器,其中音叉密度計用以測量漿液密度,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定性,安裝時(shí)應將儀表與吸收塔側壁保持大約60°夾角,同時(shí)應安裝沖洗管路,定時(shí)沖洗采樣管及音叉密度計的傳感器。液位由公式H=(P/ρg)+h 計算后得出。式中,H 為液位計算值,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),結構簡(jiǎn)單,減少了設備故障率,相應也減小了維護工作量,但由于音叉密度計的探頭是插入到吸收塔內的,無(wú)法安裝檢修閥門(mén)。若出現音叉密度計需要維護檢修時(shí),必須等脫硫系統停運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冗余配置,以增加本套裝置的可靠度。也可定制在線(xiàn)可插拔球閥組件,從而徹底杜絕檢修儀表時(shí)影響工藝系統運行的情況。
     
     ?。?)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(guò)公式間接計算出吸收塔液位,如圖4 所示。差壓變送器采用隔膜式分體結構,2 個(gè)遠傳膜片安裝在吸收塔側壁合適的位置(高差一般控制在3~5 m),膜片通過(guò)毛細管與變送器本體連接。脫硫系統正常運行時(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),差壓變送器的數據相應從29.4 kPa 上升
     
      至32.9 kPa(膜片高差按3 m 設計),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%,因此應選擇高精度的微差壓變送器。
     
     
      
     
      密度計算方法:ρ=ΔP/(gΔH)計算后得出。式中,ρ 為漿液密度計算值,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。
     
      液位計算方法:H=(P/ρg)+h 計算后得出。式中,H 為液位計算值,P 為壓力,ρ 為密度計算公式中的漿液密度計算值,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),結構簡(jiǎn)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)量流量計精度高、穩定性好,數據的可重復性也很好,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)剛引入國內時(shí)曾大量使用。但裝置本身結構復雜,采用了專(zhuān)門(mén)的測量管路、泵及大量閥門(mén),增加了裝置的故障點(diǎn),維護工作量大大增加。
     
     ?。?)裝置二在裝置一的基礎上做了一些改進(jìn),主要是取消了專(zhuān)門(mén)的密度測量管路,將密度測量?jì)x表直接安裝在吸收塔側壁上,密度測量采用了高精度的音叉密度計,大大簡(jiǎn)化了測量裝置。缺點(diǎn)是目前適合脫硫工況的音叉密度計生產(chǎn)廠(chǎng)家很少,價(jià)格比較貴;而且還沒(méi)有與之配套的在線(xiàn)檢修閥門(mén),面臨檢修儀表時(shí)需停運工藝系統的風(fēng)險。
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