真空制鹽蒸發(fā)液位監(jiān)測(cè)方案探討

丁 雷

(中國(guó)天辰工程有限公司，天津 300400)

真空制鹽蒸發(fā)液位監(jiān)測(cè)方案探討

丁 雷

(中國(guó)天辰工程有限公司，天津 300400)

介紹利用新型真空靜壓法蘭變送器與雷達(dá)液位計(jì)組成真空制鹽蒸發(fā)液位監(jiān)測(cè)新技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)真空制鹽過(guò)程自動(dòng)控制。實(shí)際運(yùn)行證明，該監(jiān)控方法提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

真空制鹽；真空蒸發(fā)；變送器；雷達(dá)液位計(jì)；液位監(jiān)測(cè)

真空制鹽是當(dāng)今世界普遍采用的現(xiàn)代化制鹽方法，指鹵水在不同真空壓力狀態(tài)下的蒸發(fā)罐中進(jìn)行蒸發(fā)，逐級(jí)濃縮、結(jié)晶制鹽的過(guò)程。

制鹽過(guò)程中，核心工序是蒸發(fā)，生產(chǎn)中通過(guò)蒸發(fā)罐中液位變化計(jì)算水分蒸發(fā)量，并達(dá)到控制溶液濃度的目的。生產(chǎn)中，強(qiáng)腐蝕、結(jié)晶堵塞、真空、高溫同時(shí)存在，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)液位測(cè)量?jī)x表?yè)p壞率極高，生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。論文將重點(diǎn)闡述真空制鹽蒸發(fā)液位的測(cè)量方法。

圖1 真空制鹽流程圖

1 真空制鹽蒸發(fā)工藝

真空蒸發(fā)技術(shù)起源于1812年英國(guó)糖廠的單效真空蒸發(fā)，1887年美國(guó)將此技術(shù)用于制鹽，1940年開(kāi)始應(yīng)用于中國(guó)制鹽行業(yè)。

蒸發(fā)是液體表面發(fā)生汽化或溶液部分汽化的現(xiàn)象，蒸發(fā)時(shí)液體必須不斷吸收熱量，溫度越高蒸發(fā)越快，溶液沸騰時(shí)蒸發(fā)速度最快。根據(jù)蒸發(fā)罐內(nèi)壓力，蒸發(fā)分為加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)或負(fù)壓蒸發(fā)，在負(fù)壓下的蒸發(fā)，我們稱為真空蒸發(fā)。應(yīng)用最廣的是采用強(qiáng)制循環(huán)真空蒸發(fā)器，如圖2。

1.加熱室 2.蒸發(fā)室 3.循環(huán)室 4.下循環(huán)管 5.上循環(huán)管圖2 強(qiáng)制循環(huán)真空蒸發(fā)器

制鹽企業(yè)為提高競(jìng)爭(zhēng)力，不斷降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)滿足節(jié)能減排政策，就必須對(duì)蒸發(fā)工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高自動(dòng)化控制水平，使蒸發(fā)效率達(dá)到最佳狀態(tài)。

實(shí)行多效蒸發(fā)生產(chǎn)目的是為了多次重復(fù)利用二次蒸汽，以降低單位產(chǎn)品的能耗，有效節(jié)約能源。蒸汽利用的次數(shù)就是效數(shù)。蒸發(fā)效數(shù)越多，蒸汽用量越少，能耗越低，但效數(shù)增多，會(huì)增加設(shè)備成本。

真空制鹽主要過(guò)程為蒸汽加熱一效鹵水，排出的二次蒸汽逐效加熱下一效鹵水。通過(guò)逐效蒸發(fā)，使鹽漿增稠，稠料液去離心機(jī)脫水，即為鹽。每一效蒸發(fā)的關(guān)鍵是控制鹽漿的濃度，而鹽漿有較強(qiáng)腐蝕性、容易結(jié)垢、粘結(jié)，濃度難以直接測(cè)量，通常是通過(guò)在封閉蒸發(fā)室中蒸發(fā)前后的液位比來(lái)間接控制鹽漿濃度。所以液位測(cè)量是真空制鹽最重要的參數(shù)。

2 蒸發(fā)液位監(jiān)測(cè)

2.1 原用方案分析

用人工監(jiān)測(cè)液位的方式，難以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，人們逐漸用“攝像視頻+雷達(dá)液位計(jì)”，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化實(shí)時(shí)控制，如圖3，應(yīng)用雷達(dá)液位計(jì)連續(xù)測(cè)量旁通管中的液位。

圖3 雷達(dá)+窺鏡液位測(cè)量法

此方案在實(shí)際應(yīng)用中，因鹽漿結(jié)垢，水平連通管、旁通管經(jīng)常發(fā)生堵塞問(wèn)題，造成旁通管內(nèi)液位假象，需頻繁停車，拆裝法蘭并清洗管道。蒸發(fā)中，鹽漿在蒸發(fā)室內(nèi)因攪拌產(chǎn)生大量的泡沫，使雷達(dá)測(cè)量液位假象。人工清洗工作量大，生產(chǎn)成本高，液位測(cè)量不準(zhǔn)，自動(dòng)控制難以連續(xù)運(yùn)行。

2.2 液位監(jiān)測(cè)方案改進(jìn)

隨著儀器儀表技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上已出現(xiàn)真空專用的液位變送器以及管道清洗技術(shù)，為真空制鹽蒸發(fā)液位監(jiān)測(cè)提供了新思路。

在設(shè)計(jì)、應(yīng)用中，建議液位監(jiān)測(cè)采用“法蘭差壓變送器、雷達(dá)液位計(jì)、窺鏡”三重組合冗余方案，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性、安全性、可靠性。設(shè)計(jì)與安裝方案，如圖4。

圖4 變送器、雷達(dá)、窺鏡液位監(jiān)測(cè)方案

2.2.1 方案設(shè)計(jì)說(shuō)明

1)蒸發(fā)室與旁通管間的連接管，從水平改為斜角，角度控制在20°左右，延長(zhǎng)結(jié)垢清洗周期；

2)在連通管上安裝沖洗環(huán)和截止閥，可定期自動(dòng)清洗；

3)在旁通管面部安裝雷達(dá)液位計(jì)；

4)在旁通管另一側(cè)安裝20°斜角的法蘭短管，再安裝雙法蘭液位變送器，用于液位直接測(cè)量。同時(shí)在法蘭之間加裝沖洗環(huán)(結(jié)構(gòu)如圖5)，沖洗環(huán)上配置沖洗用截止閥，可定期清洗；

圖5 沖洗環(huán)結(jié)構(gòu)

5)在旁通管底部可加裝一個(gè)清洗閥門，大修時(shí)可以使用；

6)在蒸發(fā)室面部，仍安裝采光窗和視頻攝像窗；

7)旁通管內(nèi)徑建議在300 mm以上，由于蒸發(fā)液位較高，毛細(xì)管較長(zhǎng)，建議采用DN80法蘭。

2.2.2 方案優(yōu)勢(shì)

1)變送器可直接測(cè)量液位，消除蒸發(fā)過(guò)程中攪拌產(chǎn)生的泡沫對(duì)雷達(dá)測(cè)量產(chǎn)生的誤差，提高測(cè)量精度和產(chǎn)品質(zhì)量；

2)能連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量液位，為生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制提供依據(jù)；

3)雷達(dá)液位計(jì)與法蘭變送器組合，實(shí)現(xiàn)冗余監(jiān)控，提高自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性；

4)傾斜的連接管、法蘭短管，可以減少沉淀結(jié)垢物的堆積，也便于沖洗；

5)配置沖洗環(huán)與截止閥相連，最好是電動(dòng)截止閥，用程序控制，定期對(duì)連接管、法蘭、旁通管進(jìn)行清洗，減少管道結(jié)垢堵塞的問(wèn)題，提高設(shè)備維護(hù)效率，降低維護(hù)成本；

6)保留窺鏡，配置視頻窗口，以便觀察、安全巡視。

3 儀表的選擇與配置

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案，還需配置合適的儀表，才能確保裝置正常運(yùn)行。

3.1 雷達(dá)液位計(jì)的選擇

雷達(dá)液位計(jì)的傳感器以波束的形式發(fā)射電磁波信號(hào)，發(fā)射波在被測(cè)物料表面產(chǎn)生反射，反射回來(lái)的回波信號(hào)仍由天線接收。探頭與介質(zhì)表面無(wú)接觸，屬非接觸測(cè)量，具有較高的測(cè)量精度。但在真空蒸發(fā)中，因攪拌產(chǎn)生的泡沫較厚，雷達(dá)難以穿透，影響測(cè)量精度。

新推出的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，其傳感器探頭發(fā)出高頻脈沖并沿纜式探頭傳播，脈沖遇到物料表面會(huì)反射回來(lái)被儀表內(nèi)的接收器接收，并將距離信號(hào)轉(zhuǎn)化為物位信號(hào)。導(dǎo)波雷達(dá)式液位計(jì)傳感器與介質(zhì)直接接觸，對(duì)蒸汽和泡沫有很強(qiáng)的抑制能力。

相對(duì)于雷達(dá)液位計(jì)，導(dǎo)波式雷達(dá)價(jià)格更低。但因其為接觸式測(cè)量，需考慮介質(zhì)的腐蝕性和粘附性，而且過(guò)長(zhǎng)的導(dǎo)波雷達(dá)安裝和維護(hù)非常困難。另外，導(dǎo)波式雷達(dá)導(dǎo)波桿(纜)長(zhǎng)度根據(jù)工況固定設(shè)計(jì)和加工，沒(méi)有互換性，因此導(dǎo)波雷達(dá)的選型要比普通雷達(dá)復(fù)雜得多。

型號(hào)選擇具體可參照各制造商的相關(guān)資料，如VEGA、SIMENS等。

3.2 變送器的選擇

真空制鹽蒸發(fā)工段，介質(zhì)具有腐蝕性、易結(jié)晶沉淀，而且環(huán)境存在腐蝕性氣體，選擇變送器時(shí)，必須考慮以下因素：

法蘭膜片材質(zhì)——鹽對(duì)不銹鋼有極強(qiáng)的腐蝕性，建議選擇鉭材。

殼體材質(zhì)——環(huán)境腐蝕嚴(yán)重，可選擇316不銹鋼。

沖洗環(huán)——可選擇316L。為防止結(jié)晶顆粒較大，不易排出，建議沖洗孔選擇1/2NPT。

變送器類型選擇——蒸發(fā)器的高度通常在6 m以上，屬于密封容器，根據(jù)方案應(yīng)選擇通徑DN80以上的雙法蘭變送器。常見(jiàn)多效真空蒸發(fā)，在Ⅰ效、Ⅱ效工作為正壓，Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效為負(fù)壓。根據(jù)操作壓力，Ⅰ效、Ⅱ效可選擇標(biāo)準(zhǔn)的雙法蘭變送器，而Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效蒸發(fā)器，需選擇雙法蘭真空靜壓遠(yuǎn)傳差壓變送器。目前市面上的真空專用雙法蘭變送器主要有：艾默生的3051S、3051C系列和重慶川儀的PDS系列。

根據(jù)上述條件，各效蒸發(fā)液位變送器選型基本要求可參考表1。

表1 各效蒸發(fā)器液位變送器設(shè)計(jì)選型基本要求

4 結(jié) 論

以上設(shè)計(jì)安裝方案，已在制糖、海綿鈦產(chǎn)業(yè)中得到成功試用，充分證明此方案可有效解決真空蒸發(fā)中因泡沫、結(jié)晶、真空、強(qiáng)腐蝕產(chǎn)生的液位測(cè)量難題。

5 其他建議

真空制鹽，一般采用差壓變送器配合孔板節(jié)流裝置測(cè)量蒸汽、鹵水和鹽液流量。近年來(lái)，許多廠家應(yīng)用電磁流量計(jì)測(cè)量鹽液流量。但環(huán)境對(duì)碳鋼法蘭造成了嚴(yán)重的腐蝕，導(dǎo)致內(nèi)襯PTFE發(fā)生變形損壞。因此，建議選擇的流量計(jì)必需內(nèi)襯PTFE材質(zhì)，并要求法蘭為316或316L材質(zhì)。

[1] 劉洋.真空制鹽五效蒸發(fā)生產(chǎn)工藝改造探索[J].中國(guó)井礦鹽，2007(6)

[2] 靳志玲.鹽田飽和鹵水直接進(jìn)蒸發(fā)罐真空制鹽工藝介紹[J/OL].百度文庫(kù)

[3] 蘇家慶，黃康吉，劉嘉政．真空蒸發(fā)制鹽工藝[C].全國(guó)井礦鹽工業(yè)科技情報(bào)站,1992

TQ056.14

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1005-8370(2017)04-25-04

2017-05-04

丁雷(1975—)，男，1999年畢業(yè)于北京化工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任中國(guó)天辰工程有限公司高級(jí)工程師，主要從事化工、石化、電力等行業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工作。