氣體介入式液位計在聚酯生產(chǎn)中的應(yīng)用

王　輝，吳朝祥，宋志平

(中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司聚酯生產(chǎn)中心，江蘇儀征　211900)

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氣體介入式液位計在聚酯生產(chǎn)中的應(yīng)用

王輝，吳朝祥，宋志平

(中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司聚酯生產(chǎn)中心，江蘇儀征211900)

在聚酯生產(chǎn)過程中，反應(yīng)釜的液位測量非常關(guān)鍵。聚酯反應(yīng)釜的液位測量儀表種類較多，有浮筒液位計、法蘭式液位計、放射性液位計等，測量方法各不相同，但均存在一些問題。本文介紹了氣體介入式液位計在聚酯反應(yīng)釜上的應(yīng)用，討論了應(yīng)用中的經(jīng)驗。氣體介入式液位計采用測量儀表不與被測介質(zhì)接觸的方式成功地解決了現(xiàn)有問題，在聚酯生產(chǎn)中具有較高的推廣價值。

氣體介入式液位計聚酯應(yīng)用

某聚酯裝置采用國產(chǎn)化五釜流程，將對苯二甲酸和乙二醇在催化劑的作用下，通過酯化和縮聚反應(yīng)生成聚酯。第一酯化反應(yīng)釜、第二酯化反應(yīng)釜、第一縮聚反應(yīng)釜、第二縮聚反應(yīng)釜、終縮聚反應(yīng)釜以及乙二醇罐等主要工藝設(shè)備的液位測量采用多種液位計測量液位，但是由于工藝生產(chǎn)的特殊性，目前使用的液位計存在一些問題。

浮筒液位計在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，浮子上容易結(jié)焦(負(fù)壓情況尤為明顯)，將聚合物依附在浮子上，造成液位測量值發(fā)生偏移，測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

法蘭式液位計在負(fù)壓下工作，一些制造上的微小瑕疵會被放大。例如法蘭和毛細(xì)管填充液中的氣泡在負(fù)壓下會膨大，一些雜質(zhì)如水分會汽化形成氣泡，導(dǎo)致測量出現(xiàn)誤差。

放射性液位計由于放射源具有一定的輻射，工廠在安裝放射性液位計的設(shè)備周圍均會用警戒線提醒，但是在日常檢修時不免會受到一些輻射，危害人體健康。

由于以上幾種液位計用于聚酯裝置存在缺陷，技術(shù)人員不斷改進，尋找一種經(jīng)濟、準(zhǔn)確、安全的液位計用于聚酯反應(yīng)器的液位測量，一種氣體介入式液位計逐漸被應(yīng)用到聚酯生產(chǎn)裝置上。

1　氣體介入式液位計的原理及特點

1.1氣體介入式液位計的原理

氣體介入式液位計(又稱吹氣式液位計)是靜壓式液位計的一種，它由吹氣裝置、過濾器減壓閥、入口和出口壓力表以及切換閥組裝在一只面板上，并通過插入液體中的吹氣管，在外加氣壓的作用下，在其下端產(chǎn)生連續(xù)不斷的氣泡，它所受到的反作用力與液壓相等。空氣吹氣裝置是一種差壓傳感器，它將液位的測量轉(zhuǎn)化為差壓的測量，故利用吹氣式可測量液位、界面、密度等參數(shù)。它非常適用于有固體、顆粒的液體以及高粘度介質(zhì)液位的測量，特別適用于放射線等危險場所中的應(yīng)用。具體原理如圖1所示。

圖1　氣體介入式變送器的工作原理圖

潔凈的壓縮空氣或氮氣(根據(jù)實際工況需求決定)經(jīng)過限流裝置(穩(wěn)壓閥2、恒流裝置3)后，微量均勻地送入吹氣管1。當(dāng)吹氣管內(nèi)空氣壓力高于吹氣管下端到液面的液柱靜壓時，便由吹氣管下端鼓泡而出。管內(nèi)經(jīng)限流裝置補充的氣量很小[1]。這樣在變送器4上指示出來的吹氣管內(nèi)的壓力基本等于液柱的靜壓力。如圖2所示，分別測出差壓△P12(對于Ⅰ、Ⅱ吹氣管)和△P23(對于Ⅱ、Ⅲ吹氣管)，即可相應(yīng)的測得不同工況情況下的液體高度和液體密度。

圖2　測量密閉容器內(nèi)液位等參數(shù)

由此可以進一步演化，根據(jù)吹氣管的不同組合，還可以測量被測液體的分界面、雙密度、液位限報警等各種過程控制工藝參數(shù)，并可適用于敞口容器和密封容器。

該測量裝置是非直接接觸式液位儀表，其輸出壓力能夠自動跟隨吹氣管出口壓力的變化而變化，并保持輸出氣體流量穩(wěn)定。氣體介入式探頭與氣源、差壓變送器、氣體穩(wěn)流控制單元等組成吹氣測量系統(tǒng)，可對敞口的水、污水池口或閉口容器內(nèi)液體液位、密度、分界面等變量進行測量，并可與其他單元組合儀表或工業(yè)控制計算機組成檢測、記錄、控制等工業(yè)自動化系統(tǒng)，對于高溫、高真空、高粘度、強腐蝕性、易凝固、易結(jié)晶或含有懸浮顆粒聚合物高溫熔體及核工業(yè)各類放射性料液等惡劣的測量條件下尤為適用，可測介質(zhì)液位、密度、界面等多種變量。

1.2氣體介入式液位計的特點

1.2.1全焊接一體化

與反應(yīng)器相連部分僅有過程法蘭、正負(fù)壓測真空閥；易于在線維護，有真空旋塞閥及密封填料雙重保障。

華安說，你跑后，歐陽橘紅在保衛(wèi)科反省了一個月，寫了五萬多字檢討。她怕過不了關(guān)，把思想深處點點滴滴的活思想都挖了出來。包括和雷志雄不和諧的性生活也和盤托出，把與你的關(guān)系上升到世界觀的高度加以批判。在保衛(wèi)科反省一個月后就接受群眾批斗。批斗大會上，歐陽橘紅胸前掛一串破鞋，兩小時的批斗，她的眼睛都盯在自己的腳尖上，眼神不敢朝臺下瞄。廠門前，有個大批判專欄，題目是《把歐陽橘紅的腐朽思想批深批臭》。大批判辦命令她，每天上班前二十分鐘，站在批判欄前，把每一篇批臭她的文章，讀二遍以上，不少于四十分鐘。那時正是上班高峰，又是上班的必由之路，大家看猴似的，看她讀批臭自己的文章。

1.2.2傳感器

采用全拋光技術(shù)，喇叭口、梅花形出氣頭傳感器；特殊的防堵捅針設(shè)計，保證非正常工況時氣路的暢通；單向止逆可憋壓，防止物料倒灌結(jié)料；完善的反吹系統(tǒng)可應(yīng)對各種復(fù)雜的工況；抗擾擋板避免物料翻滾對氣源影響；特殊三角支撐可耐各種攪拌和高粘度介質(zhì)。

1.2.3變送裝置

恒壓恒流保證測量的可靠性與精度；同時可測量高溫高真空等特殊工況；現(xiàn)場維護方便，無需任何工具可任意設(shè)定儀表參數(shù)。

2　氣體介入式液位計使用注意事項

2.1安裝及投運

氣體介入式變送器安裝時，氣體介入式變送器的觀察窗在目測時應(yīng)能保持與地面垂直，以保證氣體介入式變送器內(nèi)部的浮子流量計與地面垂直，即浮子流量計的玻璃管不允許有明顯的傾斜。[2]

氣源接口用于氣體介入式變送器與氣源的連接，氣體介入式變送器出廠時一般附帶提供氣源接頭，氣源接頭與氣體介入式變送器接頭采用“O”形圈密封，NPT1/2陽螺紋連接(如圖3所示)。氣源引壓管接頭與氣源接頭(不銹鋼1Cr18Ni9Ti)在現(xiàn)場用氬弧焊連接。

圖3　氣源接口安裝示意圖

焊接吹氣管或氣源管和導(dǎo)壓管時，保證無泄漏；伴熱系統(tǒng)上下法蘭(常規(guī)為DN15PN25)遵循下進上出。氣體介入式變送器安裝完畢后，應(yīng)進行整套系統(tǒng)現(xiàn)場檢漏，以確保各接口的密封性。液位計投運后，還要做好防止?jié){料堵住氣源管的措施。[3]帶伴熱系統(tǒng)吹氣液位計安裝完畢后，需用熱媒或蒸汽保壓運行24 h，以確保整套伴熱系統(tǒng)在高溫狀態(tài)下不泄漏。

2.2各參數(shù)設(shè)置[4]

氣源壓力≥0.3 MPa。

減壓閥輸出壓力：0.2 MPa。

吹氣流量：微流量轉(zhuǎn)子流量計常用單位為2 L/min(推薦流量，也可根據(jù)工況需要調(diào)至合適的吹氣流量)。

3　氣體介入式液位計應(yīng)用情況

3.1酯化反應(yīng)器中的應(yīng)用

第一酯化反應(yīng)器為壓力容器，在改造重新設(shè)計開孔必須根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG R0004-2009，壓力容器改造需經(jīng)過原設(shè)計單位或者具備相應(yīng)資格的設(shè)計單位同意，且施工過程必須經(jīng)過具有相應(yīng)資格的特種設(shè)備檢驗檢測機構(gòu)進行監(jiān)督檢驗方可進行壓力容器改造。

第二酯化反應(yīng)器為正壓反應(yīng)器，帶機械攪拌，反應(yīng)器溫度通過夾套熱媒加熱和保溫控制。對苯二甲酸和乙二醇發(fā)生酯化反應(yīng)，反應(yīng)器的液位決定了酯化反應(yīng)的停留時間，所以液位測量的準(zhǔn)確性非常重要。第二酯化反應(yīng)器為立式反應(yīng)器，端蓋上預(yù)留短管法蘭，高低壓吹氣管、連接法蘭、密封球閥、差壓變送器和捅針一體化設(shè)計，通過法蘭和反應(yīng)器上預(yù)留法蘭連接，在反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)計支撐環(huán)給吹氣管作支撐，防止吹氣管受攪拌影響搖晃。由于非正常情況下停車物料會堆積在吹氣式液位計的吹氣管線上，因此防止堵料是在該反應(yīng)器使用好吹氣式液位計的關(guān)鍵。一體化吹氣式液位計吹氣管帶夾套管，夾套管填充熱媒，保證吹氣管進物料后液體處于流動狀態(tài)防止堵料，即使在非正常停車無法提供熱媒流通而發(fā)生堵料，再恢復(fù)正常，熱媒管流通時也能把凝固的物料加熱融化，吹氣式液位計仍能正常使用，除此以外一體化吹氣式液位計還設(shè)計了捅針，正常時捅針全部拔出，堵料時打開密封球閥后用捅針對吹氣管線進行疏通。

聚酯第一、第二酯化反應(yīng)器原設(shè)計均為浮筒及雙法蘭作為反應(yīng)器的液位計，浮筒液位計使用過程中常發(fā)生浮子結(jié)焦掛料的現(xiàn)象，浮子掛料后重量改變，導(dǎo)致液位出現(xiàn)波動，液位控制不穩(wěn)。某企業(yè)建設(shè)時根據(jù)各方調(diào)研和技術(shù)評估，首次使用了氣體介入式液位計作為第一、第二酯化反應(yīng)器的液位計，這也是氣體介入式液位計首次在某企業(yè)聚酯裝置的應(yīng)用。該項目于2012年10月開車至今，吹氣式液位計使用穩(wěn)定。

3.2預(yù)縮聚反應(yīng)器中的應(yīng)用

預(yù)縮聚反應(yīng)器為負(fù)壓反應(yīng)器，真空度較高，溫度通過夾套熱媒加熱和保溫控制。在縮聚反應(yīng)器中發(fā)生縮聚反應(yīng)，增加物料的聚合度，可以提高物料的黏度，決定物料最終黏度的關(guān)鍵參數(shù)包括反應(yīng)器的溫度、壓力和液位，其中液位決定物料在反應(yīng)器中的停留時間，從而決定了聚合度。預(yù)縮聚反應(yīng)器為臥式圓盤反應(yīng)器，圓盤間的距離非常近，反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不宜采用接觸式液位測量方法，傳統(tǒng)的液位測量為γ射線液位計，具有放射性職業(yè)危害。吹氣式液位計的高壓側(cè)吹氣管線采用側(cè)插，在反應(yīng)器釜壁設(shè)計支撐環(huán)支撐吹氣管，反應(yīng)器圓盤特別給吹氣管留出空間防止在圓盤轉(zhuǎn)動時發(fā)生碰撞。為防止高壓側(cè)吹氣管堵料，設(shè)計了捅針，空間不足時在上層樓板開孔。在預(yù)縮聚反應(yīng)器上設(shè)計吹氣式液位計，所有的吹氣管密封球閥、差壓變送器和捅針等的密封非常關(guān)鍵，吹氣管等都需要采用焊接方式進行連接，采用真空球閥，所有的連接件在投入使用前都需要進行泄漏測試，嚴(yán)防有泄漏點。

3.3終縮聚反應(yīng)器中的應(yīng)用

目前部分企業(yè)聚酯終縮釜上使用的液位計為放射性液位計，此類儀表成本高，使用維護不方便，射線對人體危害性大，放射性同位素存在一個半衰期，需定期更換放射源。

隨著介入式液位計的推廣，在新建聚酯生產(chǎn)線的終縮聚反應(yīng)釜上直接使用介入式液位計替代放射性液位計，從而降低投入及維修費用，并可以為員工提供一個更加安全健康的工作環(huán)境。

現(xiàn)有老生產(chǎn)線上的終縮聚反應(yīng)釜考慮改造，在反應(yīng)器的側(cè)面開口安裝介入式液位計。其設(shè)計要求及安裝方式與預(yù)縮聚反應(yīng)器基本相同，某企業(yè)終縮聚反應(yīng)器上中的介入式液位計指示趨勢與放射性液位計對比，如圖4所示。

圖4　某裝置終縮聚反應(yīng)器液位趨勢對比圖

4　存在問題及解決方案

4.1密封保護

氣體介入式變送器外部各接口中“O”形密封圈的損壞會影響系統(tǒng)的氣密性，因此每次拆卸外部接口后，最好更換“O”形密封圈。[3]

4.2傳感器堵塞處理

在使用過程中，萬一發(fā)現(xiàn)傳感器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，先進行伴熱加熱，再對吹掃氣體加壓并且加大流量。

4.3液位指示下降處理

某新建項目第一酯化反應(yīng)釜的液位計開車運行一段時間比較穩(wěn)定，但在運行一年后出現(xiàn)液位偏低且逐漸下降的現(xiàn)象。

檢查現(xiàn)場氣源及浮子流量計均正常，分析出現(xiàn)的現(xiàn)象，液位偏低說明差壓變小，原因可能為正壓側(cè)吹氣管泄漏或者負(fù)壓側(cè)吹氣管堵塞，造成差壓降低。檢查正壓側(cè)吹氣管發(fā)現(xiàn)無泄漏；液位計正壓側(cè)為外徑Φ32的吹氣管，負(fù)壓側(cè)為外徑Φ9.53的吹氣管，負(fù)壓側(cè)的吹氣管管徑較小，第一酯化反應(yīng)生成的低聚物較多，且反應(yīng)釜內(nèi)為微正壓，可能存在低聚物粘附在Φ9.53吹氣管內(nèi)壁上，負(fù)壓側(cè)吹氣管堵塞的可能性較大，將負(fù)壓側(cè)吹氣管從截止閥后方脫開，利用反應(yīng)釜內(nèi)的正壓吹通引壓管，吹掃過后液位計恢復(fù)正常，說明液位波動的原因為液位計負(fù)壓側(cè)的吹氣管略微堵塞。

5　結(jié)　語

氣體介入式液位計采用測量儀表不與被測介質(zhì)接觸的方式，用常規(guī)技術(shù)解決了高粘性高溫聚酯熔體的液位測量，在聚酯生產(chǎn)裝置上試用成功，是代替放射性液位計目前較好的方法和技術(shù)，具有較高的推廣價值。

[1]王美華，趙文達，官本誠．吹氣法液位測量裝置及其應(yīng)用[J]．自動化儀表，2004，3：31-34．

[2]何薇馨．吹氣式液位計的投運[J]．化工自動化及儀表,2002，2：73-74．

[3]范豐海，范金保，牟利敏．吹氣式液位計及其防堵措施[J]．計量技術(shù),1999，9：48-49．

[4]朱家鵬，郭玉玲．吹氣壓力式水位計的研制[J]．水電站機電技術(shù),1991，2:21-23．

吉林石化自主研發(fā)高密度聚乙烯管件料

7月11日吉林石化公司自主研發(fā)的年30萬噸高密度聚乙烯裝置成功試生產(chǎn)出第一批30余噸管件料實驗性新產(chǎn)品。經(jīng)測試，這批管件料的加工性能和產(chǎn)品性能均優(yōu)于進口料，為聚烯烴產(chǎn)品實現(xiàn)國產(chǎn)化、差異化邁出了重要一步。

高密度聚乙烯管件料新產(chǎn)品具有牢度強、密封性好、連接方便、拆卸容易、便于回收和美觀實用等諸多優(yōu)點，除了能連接聚乙烯(PE)給水管、燃?xì)夤芡猓€可用于硬聚氯乙烯(UPVC)、鋼管等連接，應(yīng)用范圍廣泛。

今年年初以來，吉林石化抓住國際原油價格低位運行、生產(chǎn)成本降低和聚乙烯產(chǎn)品市場大幅回暖等機遇，研究拓寬高密度聚乙烯裝置的產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域，推動專用料新產(chǎn)品開發(fā)工作。新產(chǎn)品研發(fā)小組抓住注塑成型加工管件料特點，確定產(chǎn)品性能參數(shù)、成品指標(biāo)，制定工業(yè)化試驗方案，摸索工藝參數(shù)，確定了3種關(guān)鍵特性指標(biāo)，生產(chǎn)出熔融指數(shù)有階梯層次的管件料實驗性新產(chǎn)品共計30余噸。

5月6日，吉林石化委托吉林市松江塑料管道設(shè)備有限責(zé)任公司完成了第一批管件料實驗性新產(chǎn)品測試。用戶評價：模具充盈效果好，后形變量小，外觀光滑，水紋量小，光潔度高，靜液壓強度達標(biāo)，樣品一次成型，不需要二次加工，產(chǎn)品性能和加工性能均優(yōu)于進口料。

(張杰)

Application of gas-intervention liquidometer on polyester production

Wang Hui，Wu Chaoxiang，Song Zhiping

(PETProductionCenterofSinopecYizhengChemicalFibreL.L.C.,JiangsuYizheng211900,China)

In the polyester production process, the liquid level measurement of the reactor is very important . There are many kinds of polyester reactor liquid level measuring meters, such as float liquid level meter, flange-type liquid level gauge, radioactive level gauge etc. The measurement methods were not identical, but also indicate their own shortcomings which were difficult to solve. This paper introduced the application of gas-intervention liquid meter of the reactors chemical fiber factory. And also other polyester manufacturers could share experience during the application. Gas-intervention liquidometer did not contacted with measured medium, and also solved all kinds of difficulties. Thus it had an advantage in the polyester production.

gas-intervention liquidometer; polyester； application

2016-06-29

王輝(1984-)，江蘇儀征人，工程師，主要從事化工自動化管理工作。

TH7

B

1006-334X(2016)03-0029-04