煤液化裝置界位計的改造

馬明洋

（岳陽長煉機電工程技術有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

界位計廣泛適用于石油化工、煤化工、制藥等工業中，用于各種液體液位、分層界面或比重的連續測量，在工業生產中起著舉足輕重的作用。隨著科技的迅猛發展，在利用阿基米德原理測量的浮筒界位計和靜壓法測量的雙法蘭界位計的基礎上，誕生了多種不同測量原理的新型界位計，正以其優越的性能慢慢登上了界位測量的歷史舞臺。

1 工藝概況

煤液化裝置作為世界首套以煤粉、溶劑油、催化劑和氫氣在高溫高壓下反應生成煤液化油的裝置，整個工藝流程是把塊煤磨成納米級煤粉，再和催化劑、高溫溶劑油混合配成油煤漿，在通過高壓煤漿泵升壓到18.5MPa送至油煤漿加熱爐，加熱到380℃，此時加熱的油煤漿再和高溫氫氣混合一起送入懸浮床反應器進行反應，隨著反應的進行會釋放大量的熱，反應完成后溫度由380℃升到450℃，在通過各種閥門、空冷、分離罐等設備的減壓、降溫、分離最終提煉出煤液化油的過程。

2 界位計故障原因分析

圖1 Fisher DLC3000智能浮筒界位計清理前后對比Fig.1 Comparison of Fisher DLC3000 smart buoy boundary gauge before and after cleaning

通過對工藝概況的介紹不難發現在整個流程中始終有煤粉的存在，在反應器進行的反應也不可能反應徹底，煤粉會隨著介質擴散到裝置的每個角落，另外在反應器生成煤液化油的同時，還發生著一個副反應，即催化劑中的硫酸化亞鐵和向反應器加入的液硫在高溫的環境下生成硫化亞鐵，硫化亞鐵在360℃～390℃之間生成率最大，而工藝要求的反應溫度恰好在硫化亞鐵生成率較高的溫度區間，副反應生成的大量硫化亞鐵也會像煤粉一樣擴散到裝置的各個角落，這些煤粉和和硫化亞鐵會隨著介質在流速相對較小或相對穩定的分離罐內沉積，沉積的過程中與油、煤粉、硫化亞鐵混在一起形成垢污附著在設備表面或儀表設備表面。然而在煤液化裝置內多數的油水分離罐全部采用浮筒測量，浮筒測量界位計的工作原理使用阿基米德定律及力平衡原理來測量界位，即浸在液體中的浮筒受到向下的重力，向上的浮力和扭力管回彈力的復合作用，當被測界位發生變化時浮力就會變化，浮力變化了原來的平衡就會被打破，為了再次達到平衡機械傳動部件使扭力桿的扭力發生變化，扭力變化使扭力管產生轉角，通過扭力管末端的磁感應元件感知磁場的變化來反應出界位的變化。因為新平衡的建立是靠扭力管扭力的變化來實現的，而傳動扭力的機械傳動部件和介質完全接觸，存在于介質中的煤粉、硫化亞鐵也會在這里沉積，久而久之機械傳動部件活動受阻，自然而然界位測量就會受到影響。再加上界位測量的重介質為酸性水對各個機械部件長期腐蝕，使部件之間的活動間隙變大，扭力管的彈性系數下降，這些都會影響到界位的測量。圖1為在檢修期間對浮筒界位計拆檢清洗前后對比，可以直觀地看到因煤粉沉積導致傳動部件活動受阻的情況。

3 新型界位測量儀表的選型[1,2]

造成界位測量不準的原因已經基本找到，接下來就是選一種界位測量能克服以上不利因素的影響，還能達到精確測量，改造的最初階段用雙法蘭來測量界位，通過改造一臺界位測量范圍是1400mm，輕介質密度是870.26kg/m3，重介質密度是951kg/m3的浮筒，通過計算儀表的測量范圍為-0.372KPa～0.696KPa，量程為1.068KPa。投入運行后界位波動很大，經過分析原因在于測量的差壓量程太小，1.068KPa的量程外界的微小干擾就會使測量發生很大的變化，這還是1400mm的測量范圍，還有600mm、800mm的測量范圍測量會更加不穩定。

圖2 變送器Fig.2 Transmitter

圖3 探桿Fig.3 Sheath maerial

第二種界位測量儀表是導播雷達液位計，在裝置中使用測量液位的較多，但是都有一個共性缺點，導播桿上容易掛料導致測量不準，時常需要拆檢進行導播桿清理。同時還是考慮成本問題，羅斯蒙特5302系列導播雷達界位計價格昂貴，成本高。最終選擇射頻導納的ARD-602和ARD-604系列產品，不但適用工況條件，而且成本低廉。

4 射頻導納界位計測量原理及構成

射頻導納是一種從電容式發展起來的、防掛料、更可靠、更準確、適用性更廣的新型界位控制技術，是電容式物位技術的升級。所謂射頻導納，導納的含義為電學中阻抗的倒數，它由電阻性成分、電容性成分、感性成分綜合而成，而射頻即高頻無線電波譜，所以射頻導納可以理解為用高頻無線電波測量導納。儀表工作時，儀表的傳感器與灌壁及被測介質形成導納值，界位變化時，導納值相應變化，電路單元將測量導納值轉換成界位信號輸出，實現界位測量。

圖4 現場安裝方式Fig.4 Field installation

射頻導納液位計由探桿和變送器兩部分組成，探桿的長度可根據現場的測量范圍訂做，探桿最里層為中心探桿也就是測量探桿，外層有屏蔽層防止環境變化引起干擾影響測量，絕緣層把中心探桿和屏蔽層包裹進行保護，同時還起到了防掛料的作用。探桿與變送器的連接處增加了3/4NPT的螺紋以便于和測量設備進行密封連接。圖2變送器為ARD-602變送器，標定時采用機械旋鈕調整方式，由零點粗調、零點微調、量程粗調、量程微調、兩個測試孔（查看電流的變化）、阻尼調整幾部分組成。目前隨著技術的革新變送器ARD-602已經升級到了ARD-604，加入了液晶顯示、按鈕標定和HART協議等先進技術。

5 改造過程

每一次技術的改造都會涉及到成本的核算。煤液化裝置界位測量儀表數目接近30臺，而且安裝方式都是旁通管安裝，改造費用不可小覷，為了能用同樣的改造經費盡可能多地改造儀表，減少維護人員的工作量，把原來浮筒的測量室稍作改動用作射頻導納的界位計的測量室，然后把原有的測量室的規格尺寸發給廠家，廠家只需要按原有測量室的規格尺寸制作變送器和探桿即可，這樣不但節省了改造費用，還縮短了訂貨時間。目前由于改造資金的問題已完成改造的界位計9臺，改造后界位計使用情況良好，故障率大大降低，后期的改造工作會逐年進行，直至完成。

6 射頻導納界位計的標定[3]

界位計的標定有兩種方法：一種為使用電容測灰箱，這種方法一般出廠使用不做太多介紹；第二種方法用測量介質標定，在現場多用這種方法。因為在現場界位計有2種變送器，一種機械旋鈕式標定（ARD-602），一種按鈕標定（ARD-604）。

ARD-602變送器標定方法：首先要保證工藝操控條件下兩種介質相對穩定，測量室內完全充滿輕介質，把萬用表打到mA擋插入測式孔，調整零點粗調和零點微調使電流輸出4mA，再把測量室完全充滿重介質調整量程粗調、量程微調直到電流輸出20mA，投用儀表觀察界位變化情況，有偏差在用以上辦法重新標定即可。

圖5 原浮筒的外筒尺寸Fig.5 Dimensions of the outer barrel of the original buoy

ARD-604的標定和ARD-602一樣，只是省去了旋鈕調整的繁瑣過程，直接按鍵標定或HART通訊標定即可。

7 后期維護保養及相關注意事項

射頻導納界位計安裝調試完成后，后期的維護保養相對簡單，主要從以下幾個方面進行：

1）裝置檢修結束，開工階段工藝人員會反應界位測量不準，其實不準的原因是因為開工階段介質成分和正常生產階段的成分不同，使界位測量不準，要等介質相對穩定后就會正常。

2）裝置運行一段時間后，要定期對測量室上下的兩個取壓線進行疏通，方法是關閉一個引壓線對測量室的介質進行排放，這樣另一個引壓線的雜物就會被沖出，起到疏通的作用，如果長時間不排放，煤粉慢慢沉積會把引壓線堵塞，使界位測量不準。

3）每年大修開工穩定后對其進行一次標定，標定方法上文已經介紹。

8 結束語

本文對技術改造的整體思路有進一步的了解，通過長時間的維護經驗提出改造的理由，分析出造成這種故障的原因，以及如何改造才能消除現在故障而不會增加新的故障點，同時還要考慮改造費用的問題，最后是安裝，調試、投用。只有這樣一步一步地把各項措施落實到位，降低故障率，保證裝置平穩生產，才是一項成功的技術改造。