脫硫裝置蒸發器液位計改造

（中國石油 烏魯木齊石化公司化肥廠，烏魯木齊 830019）

脫硫裝置蒸發器液位計改造

孫 磊

（中國石油 烏魯木齊石化公司化肥廠，烏魯木齊 830019）

根據脫硫一、二、三效蒸發器實際工作的狀態以及工藝特點，對以前一直存在的硫酸銨漿液液位測量問題進行改造，保證蒸發器中硫酸銨液位測量的準確，將原有雙法蘭毛細管差壓式液位計進行改造，提高液位變送器的使用壽命，保證裝置平穩運行。

硫酸銨漿液；蒸發器；液位變送器；真空

0 引言

中石油烏魯木齊分公司化肥廠一化肥裝置有兩臺負荷為210T/H的燃煤鍋爐，日消耗燃煤約1000t，產生的蒸汽用來驅動5臺透平壓縮機和1臺透平發電機，隨著國家對環保越來越重視，企業面臨越來越大的減排壓力，為減少本公司外排SO2總量，本公司于2007年新上一套煙氣脫硫裝置。該裝置采用氨—硫酸銨工藝，按照兩爐一塔方式建設。工程建設規模： 2×210t/h煤鍋爐煙氣脫硫設施，正常工況下煙氣處理量：420833.3Nm3/h。該裝置自試運行以來基本可以連續、穩定運行，脫硫設施出口污染物的排放滿足DB65/2154-2004《燃煤鍋爐大氣污染物排放標準》的要求，脫硫效率達到90%以上，年減排SO2約4500t，NOX約600t，對控制和消減烏石化公司的二氧化硫排放總量有顯著的效果。另外，煙氣脫硫副產品硫酸銨品質符合電力標準《硫酸銨》（DL/P808-2002）中的合格品要求。

技術先進可靠；脫硫效率高，可達95%以上；能耗低；氨與SO2反應是氣-氣、氣-液反應，反應速度快，反應完全，吸收劑利用率高；無廢水外排；充分利用了煉油廠污水汽提裝置產生的廢氨水作為脫硫劑，對鍋爐煙氣進行脫硫處理，同時具有除塵和脫氮效果。其次，脫硫裝置投入運行后不僅可減少大氣中的主要污染物排放量，還可綜合利用低濃度的氨水和稀尿素溶液“變廢為寶”，可為復合肥廠年提供約10000t/硫酸銨副產品來替代價格較高的商品尿素作為生產原料。此部分副產品的回收價值，再加上替代尿素的綜合價差，以及減繳的SO2排污費等，創造的綜合效益顯著[1]。

1 工藝流程說明

1.1煙氣脫硫法

煙氣脫硫裝置可以劃分為：煙氣系統、吸收系統、吸收劑供應系統、工藝水系統、氧化空氣系統、硫酸銨后處理系統、事故排放系統。

1.2工藝流程

本文所涉及到的蒸發器在硫酸銨后處理系統中，下面簡要介紹硫酸銨后處理系統工藝流程。

后處理工段采用蒸發結晶工藝來獲得硫酸銨成品。

濃縮至40%～50%硫酸銨的循環漿液，進入一效分離器邊加熱，邊蒸發，部分內部循環，部分泵入二效分離器，在二效內邊加熱邊蒸發，部分內部循環，部分泵入三效分離器，在三效內加熱并形成循環溶液。在三效內蒸發濃縮的漿液以過飽和狀態泵入旋流器，當固含量達到30%以上后進入離心機進行固液分離，分離后的晶體進入流化床干燥，計量打包，即為成品。

一效加熱器的熱源是經過熱泵升壓的一效閃蒸汽和部分生蒸汽，二效加熱器采用一效蒸發產生的閃蒸汽作為熱源，三效加熱器采用二效蒸發產生的閃蒸汽作為熱源。

多效蒸發是減壓蒸發，抽真空可方便地降低蒸發器的操作壓力和溶液溫度。三效蒸發后面設置了蒸發冷凝器，冷卻循環水通過間接冷凝器把系統的熱量帶出[2]。如圖1所示。

圖1 蒸發器原理簡單示意Fig.1 Simple principle of evaporator

2 液位測量原理

2.1液位變送器

自脫硫系統投用以來，一、二、三效蒸發器原先設計在罐體上安裝的是雙法蘭毛細管，插入式膜盒差壓液位變送器。如圖2所示。

圖2 雙法蘭毛細管液位變送器Fig.2 Double flange capillary liquid level transmitter

2.2差壓式液位變送器

差壓法測量液位的原理是根據容器內液位改變時，由正負壓取壓膜盒收到的壓力差也隨之改變的原理測量液位的。

實際應用中，蒸發器的液位變送器的正向接液相，負向接氣相。連通外置膜盒于變送器內部感壓原件的為硅油毛細管。

P：正負壓差 ρ：漿液密度 g：重力加速度h：液位高度

可以在已知正負壓差，漿液密度的情況下，得到蒸發器內漿液的實際高度，差壓式變送器就是根據這個原理來測量液位的[3，4]。

3 實際應用中的問題

多效蒸發在實際應用中為了降低蒸發器的操作壓力和溶液溫度。防止蒸發器由于溫度過高造成超溫超壓，采取了蒸發器內抽真空的方式，真空大約為-70kPa左右，這樣就造成雙法蘭差壓液位變送器的負壓側即測氣相壓力的一端長期處在負壓的工作狀態下[4，5]。在實際使用中，直接造成負壓測膜盒的損壞，給工藝操作帶來了很大的影響，也給儀表人員的維護產生了很大的困難。如圖3所示，雙法蘭差壓變送器的負壓測膜盒，在使用中的損壞情況。

圖3 改造前負壓測膜盒損壞情況Fig.3 Negative pressure test before modification bellows damage

在實際使用過程中，先后使用過膜盒材質為哈氏合金、表面鍍鉭的相應雙法蘭插入式膜盒的變送器，但是都沒有取得很好得效果，有個別變送器甚至在不到兩周的時間里就出現了膜盒損壞的情況。

4 創新設計與改造

結合多方面的考慮，以及對尿素相似設備液位測量的借鑒，最終對原有變送器經行改造，采用負向吹氣法來測量蒸發器內硫酸銨漿液的液位。

4.1負向吹氣法

吹氣法測量液位是一種很經典的測量方法，結構簡單可靠，特別是在被測介質有腐蝕性、放射性、引壓管易堵塞的情況下，吹氣裝置是一種合適的選型[6，7]。

由于在實際使用中并沒有訂購吹氣類型的變送器，所以就用原有的雙法蘭變送器經行了改造，將原來負壓測膜盒損壞但正壓測膜盒完好的雙法蘭毛細管變送器的負壓測毛細管及外置膜盒去掉，配一根引壓管到蒸發器的頂部，同時給負壓測的引壓管引入一股很小的儀表空氣，目的是為了防止負壓測的取壓口時間長硫酸銨結晶堵塞。如圖4所示。

圖4 負向吹起法原理Fig.4 Negative blowing method principle

4.2實際使用情況分析

在實際應用中，將原有損壞的雙法蘭毛細管液位變送器的負壓測毛細管及損壞的膜盒替換為負向引壓管線直接從變送器負壓測配管到蒸發器頂部，并在負向引壓管中斷配制吹起管線和減壓閥，可以隨時調整吹氣量的大小，使吹氣量在保證測量準確的同時防止負壓測取壓口介質結晶堵塞。如圖5、圖6 所示。

圖5 現場安裝情況Fig.5 Site installation conditions

5 改造前后對比

5.1改造前

改造前使用的是雙法蘭插入式膜盒的差壓變送器，在使用過程中由于蒸發器內的負壓存在，造成負壓測膜盒變形受損，經常被迫切出蒸發器，經行變送器地更換，在實際使用過程中給工藝操作帶來很大影響也給儀表維護人員的日常維護帶來了很大的工作量。有時不到半個月負壓測膜盒就已損壞不能使用。

5.2改造后

改造后，將測氣相壓力的負壓測改造成吹氣式導壓管直接連通變送器內部感壓原件，將原有的插入式膜盒去掉，避免了膜盒面長期受到蒸發器內負壓的影響而損壞。在實際使用過程中，二、三效蒸發器已全部改造為負向吹氣式正向單法蘭膜盒差壓變送器。在改造后近半年時間里，沒有發現任何異常情況，液位計運行良好。

圖6 現場安裝情況Fig.6 Installation

6 結束語

此次對脫硫蒸發器的液位測量變送器地改造，一方面解決了液位測量變送器頻繁損壞的問題；另一方面雙膜盒毛細管式差壓變送器的價格遠遠高出單法蘭差壓變送器的價格，此次改造過程中并沒有加大成本，而是在原有更換下來的舊變送器上動腦筋、下工夫，在節約成本的同時，大大提高了儀表設備的可靠性。

[1]孫海波,劉新亞．氨法在烏石化化肥廠脫硫裝置上的應用[J] ．科技創新導報,2010(9)：55-56．

[2]周建宏,寧平,湯允．燃煤鍋爐氨法煙氣脫硫[J]．云南環境科學,2004,23(增刊I)：145-146．

[3]青波．雙法蘭差壓變送器的常見故障分析處理[J]．科技資訊,2013(23)：110-111．

[4]楊方方．雙法蘭液位計膜片腐蝕問題的研究[J]．中國西部科技,2012,11(2)：16-18．

[5]李秀云．蒸發器液位測量技術探討[J]．中國儀器儀表,2003(9)：40-41．

[6]何微馨．吹氣式液位計的投運[J]．化工自動化及儀表,2002,29(2)：72-73．

[7]王美華,趙文達,官本誠 ．吹氣法液位檢測裝置及應用[J] ．自動化儀表,2004,25(3)：31-33．

投稿日期：2014-03-24

Conversion of Evaporator Liquid Gauge in Desulfurization Device

Sun Lei
（Urumqi Chemical Fertilizer Plant,CNPC,Urumqi,Xinjiang 830019,China）

This paper provides a solution to the existing challenge of accurately measuring the liquid level of ammonium sulfate. Based on the traditional working status and process properties of evaporator liquid gauge in desulfurization device, this conversion solution transforms the original double-flange capillary-tube differential-pressure liquid gauge into a more sustainable device that increases the life span of the level transmitter, and guarantees both the accuracy and the steadiness of the device.

ammonium sulfate solution；evaporator；liquid level transmitter；vacuum

TH

A

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.024

孫磊，男，助理工程師。從事儀表維護、檢維修、儀表項目改造工作5年。