新式蒸發罐物料液位控制方案在糖廠的應用

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（江聯國際工程有限公司，北京100025）

1 前言

在制糖企業中，蒸發工序是制煉的中心，在這里既可以通過蒸發產生的汁汽為煮糖和加熱器提供大部分的加熱源，又可以為煮糖提供合格濃度的糖漿，起著承上啟下的重要作用。蒸發的控制，歷來講究的是“五定一低”操作。“五定”操作方法即第一，各效壓力即真空度穩定；第二，第Ⅰ效加熱蒸汽壓力的穩定；第三，保持各效液面穩定；第四，各種閥門的開啟程度穩定；第五，抽取汁汽穩定。“一低”就是要保持低液面操作，低液面操作是在低液面下進行的一種蒸發過程，即保持各效糖汁在沸騰時的液面剛好蓋過汽鼓的上管板加熱面，低液面蒸發能減少靜壓的溫度損失，增加傳熱的有效溫差，加強糖汁的循環，提高傳熱效能。在“五定一低”操作中，涉及到液位控制的就包括了“一低”和“五定”中的第三和第四點，說明蒸發液位控制在蒸發操作中的重要地位，液位控制不穩定，會造成蒸發不正常，繼而引起各級糖汁加熱溫度的波動和糖漿錘度不穩定，引起各級工藝控制的紊亂，嚴重的會造成工藝及質量事故。

國內大多數的甘蔗制糖企業建廠時間比較早，即使是經歷過改擴建的甘蔗制糖企業，其蒸發罐物料液位的控制大多是采用人工控制或者帶儀表控制的自動調節閥進行控制。最近幾年國內外新建的制糖企業中，使用了一種新式液位控制方法，即是正常蒸發過程不需要人工進行調節的，適用于非降膜式列管蒸發罐液位控制的方法，這種控制方法依靠液位控制箱的圓筒箱式設備并配套相應的U型液封管進行控制。

2 傳統的液位控制方案

2.1 人工控制

大多數的制糖企業中，蒸發罐物料液位的控制，還是依靠人工調節各效蒸發罐的入汁閥和出汁閥，從而保證多效蒸發罐保持在最佳的液位，如圖1所示。采用這種方法時，各種閥門的開啟程度不宜經常變動，在正常情況下，不能大開大關，對操作工的操作經驗要求比較高，即使在各方面比較穩定的情況下，也會出現液位忽高忽低的現象，需要及時觀察各罐的液位并做出相應的調節。

2.2 儀表控制

還有一種控制方法是采用自動儀表來控制閥門開關。這種方法是在傳統方法的基礎上，把蒸發罐的出入汁閥更換成自動調節閥，通過在蒸發罐適當位置上安裝液位監測探頭，配套DCS系統對自動調節閥進行調節，以達到自動調節液位的作用。這種儀表控制方法雖然能達到自動控制液位的效果，但投資大，易出現故障，建設和維護成本比較高。

圖1 人工控制的蒸發罐簡圖

液位控制箱是一個密封的圓筒狀設備，直徑0.6～1.0米，內置有一塊高度約半筒高的固定格板，把筒體下部分為左右兩個分格。筒體上方安裝一塊可上下調節的格板，調節格板可通過螺桿及箱體外手輪進行箱外調節，可調節范圍為0～0.4米，調節格板焊有限位導軌，也有做成內調節式格板，使用前打開手孔調節至合適位置后鎖緊即可。液位控制箱的前后分格底部各有一個連接口，分別連接前一效罐的糖汁出汁口和后一效罐的糖汁入汁口。箱頂有壓力平衡管接口，用來連接前一效蒸發罐的汁室，使液位控制箱上半部壓力與前效蒸發罐的汁室壓力相等，排汁流暢無阻力。在液位線上方的合適位置，箱體兩側安裝對向觀察視鏡，用來觀察設備內部和糖汁排放情況。箱側或箱頂安裝有手孔，方便檢查和維修。這種帶有調節格板的液位控制箱使用起來非常方便，它可以根據實際生產情況把液位線靈活調節至合適的位置。

新式液位控制方案是由液位控制箱配合U型液封管進行。U型管的作用是利用U型管內充滿的液體，依靠U型管的液封高度阻止前一效蒸發罐物料排放時帶出氣體，并維持系統內的一定壓力，防止前后罐之間的串汽。在U型管中，當其兩端的壓力相等時，兩根管子的液體液柱高度是相等的；當其兩端的壓力不相等時，由于兩端存在一定的壓力差而導致U型管兩個管子中的液柱有高度差，這個液柱高度差產生的靜壓等于兩端的壓力差。為保證U型管起到液封的作用，前后罐之間的汁室壓力差必須小于U型管的兩邊液柱差而產生的靜壓并保持有必要的余量。

3 新式液位控制方案

3.1 主要設備

新式液位控制方案的主要設備是液位控制箱，如圖2所示。

圖2 液位控制箱示意圖

3.2 安裝方法

蒸發罐和液位控制箱安裝在同一高度的樓層，前一效蒸發罐的糖汁出口管接管至液位控制箱的入口管，液位控制箱出口管經一個U型液封管連接至后一效蒸發罐的入汁管口，U型液封管底部離地面約0.6米，U型液封管再配套相應的殘汁排放管路。液位控制箱頂部接一根與前效蒸發罐汁汽室相連通的壓力平衡管，使前效蒸發罐的物料排出順暢。新式液位控制方案的安裝示意圖，如圖3所示。

圖3 新式液位控制方案的安裝示意圖

3.3 安裝要點

3.3.1 蒸發罐控制樓面的樓層高度

這種新式的帶液位控制箱的控制方法，對蒸發罐控制樓面有一定的層高要求。這是考慮到以下幾方面的因素。

第一，前效蒸發罐和后效蒸發罐之間存在著一定的壓力差，這個壓力差一般情況下約為0.04MPa（表壓，下同），生產波動時會高一些。表1為開榨期間國內糖廠各蒸發罐壓力范圍。

表1 糖廠榨季時各效蒸發罐的壓力

第二，液位控制箱出口配套U型液封管的底部離標高0米的地面為0.6米左右，此時還需要考慮到留有安裝排殘汁的閥門和管路的高度，如圖3所示。

第三，為保證前后兩效蒸發罐汁汽室之間互不串汽，新式液位控制方案在考慮前后罐之間的壓力差因素后，U型液封管高壓力端應保持有一定高度的液柱進行密封，保證壓力差產生波動時U型液封管能繼續維持液封的狀態。

目前，采用新式液位控制方案的制糖企業中，蒸發罐操作樓面高度一般都控制在10米左右，以保證蒸發系統的正常運行。

3.3.2 最低液位控制線與加熱管高度的相對位置

液位控制箱的最低液位控制線與蒸發罐加熱管高度約1/3的位置相對應。國內大部分甘蔗制糖企業的蒸發罐加熱管高度一般約3米，在實際生產中為了保持蒸發罐低液面操作，蒸發罐正常液位控制大多數是遵循各效罐真液位即糖汁在沒有進行加熱蒸發時的靜止糖汁的液位，約在蒸發罐加熱管高度的30%～40%，此時各效罐糖汁在進行蒸汽加熱蒸發時糖汁的沸騰液面剛好蓋過汽鼓的上管板加熱面。在實際生產中，各效的液面會隨糖汁的錘度、自蒸發情況和蒸汽壓力等不同而不完全相同，—般情況下是第Ⅰ效罐的液面比其他各效罐適當高些，而壓力蒸發系統的液面又比真空系統的略高一些。因此在使用的過程中，新式液位控制方案可以根據各罐的實際情況適當調節液位控制箱的調節格板，使各效蒸發罐糖汁沸騰液位保持低液面的狀態，發揮蒸發罐的最佳蒸發效能。

3.4 方案的特點

這種液位控制方案最大的特點是在使用時調節好液位控制箱的格板液位線至合適的位置后，在保持來汁穩定和用汽穩定的前提下可以一直保持理想液位狀態，防止蒸發過程中液面忽低忽高的現象，充分發揮蒸發效能，獲得質量良好的糖漿。此方案優點是設備簡單，幾乎不會出現設備故障，避免了傳統方法中用閥門控制液位容易出現的故障。

4 新方案的應用

由于新式液位控制方案有效解決了制糖企業中蒸發罐液位控制的問題，避免了人工操作時出現的不穩定性，運行安全可靠，近幾年來在國內外新建造的糖廠，大都應用了蒸發液位控制方案。

實例一：在我國央企主導建設的非洲某國兩間處理能力為12000T/D的新建糖廠項目中，蒸發液位控制方案就是采用了此方案，兩個項目均已投產運營，在實際生產運行中，蒸發罐液位控制順暢，液位穩定，取得很好的效果。

實例二：在我國某國企主導建設的東南亞某國的糖廠項目中，蒸發液位控制方案也是采用了此方案，其中有三個項目已經投產運營，反饋的效果很好；還有一個正在準備試機投產。

實例三：國內某集團近幾年新建造投產的某糖廠中，也是采用了新式蒸發液位控制方案。

5 結束語

新式液位控制方案原理簡單，運行可靠，不需要投入昂貴的自動控制儀表，依靠安裝在一定高度樓層上的液位控制箱和配套的U型液封管，通過細微調節液位控制箱的調節格板，就可以使各效罐液位保持在很好的液面狀態，避免前后罐之間串汽現象的發生，充分發揮蒸發罐的最佳蒸發效能，保證各相關用汽部門的生產穩定性，而且生產過程中不需要頻繁調節液位，減少了傳統操作方法的不穩定性和設備故障率，非常適合新建糖廠使用和傳統糖廠在有條件的情況下改造使用。