吹氣式液位計在濃密機上清液罐應用分析

劉 娜 ,張明生 ,曾曉萍 ,韓彤杏

(1.西北鉛鋅冶煉廠,甘肅白銀 730900;2.中國恩菲工程技術有限公司,北京 100038)

0 引言

鋅冶煉企業有許多露天槽罐,如浸出車間濃密機上清液,由于槽內液面上部充滿高溫污濁蒸汽,生產中根本無法從觀察孔或敞口處查看實際液位,常采用雷達液位計、超聲波液位計進行測量。由于生產需要,浸出工序液體具有高溫和腐蝕性,雷達、超聲波液位計在測量液位時,測量不準、冒槽、使用壽命短等現象是儀表設備經常面臨的“卡脖子”問題。吹氣法檢測液位因其設備結構簡單可靠,特別適用被測介質存在腐蝕性、放射性、引壓管易堵塞、敏感部件易被粘附等特殊狀況,測量方法及設備具有明顯的優勢,因此是一種普遍被采用的經典測量方法和設備選型考量原因。

1 液位測量在某鉛鋅冶煉廠生產中的重要作用

某鉛鋅冶煉廠作為西北最大的濕法煉鋅企業,煉鋅流程為:鋅精礦礦石沸騰焙燒→焙砂連續浸出→浸出液兩段連續新液→凈液凈化除銅、鎘、鈷、鎳→電解電積產出陰極鋅→陰極鋅熔鑄得到產品鋅錠。浸出工序就是以固態氧化鋅向液態硫酸鋅進行反應生產,生產的各個指標和參數也是在液體環境中進行測量和判定的,液位是液體物料耗量或者產量計量的重要參數,液位正常與否反應了生產是否正常,是否連續,設備是否安全運作,液位的測量就顯得尤為重要。

液位測量儀表的選型和使用與生產工藝與介質緊密相關,綜合來說,使用液位儀表的目的主要有以下幾種。

1)用于企業計量與經濟核算,只需測得容器中儲藏液體的體積或重量即可。

2)監視容器內液位,在容器達到允許存蓄的上、下限時發出報警信號,液位變化以開關信號形式輸出。

3)根據檢測儀表液位瞬時信號反映生產所需參數,保證液位在生產需要的高度。

某鉛鋅冶煉廠液位的測量主要用的液位計有磁翻板液位計、超聲波液位計、吹氣式液位計測量液位,相比之下,吹氣式液位計測液位適用于某鉛鋅冶煉廠強腐蝕、強酸、整套設備不用接觸上清液就可以測定液位、密度、界面等參數,而且便于儀器的維修和控制,適用浸出車間霧氣大,多結晶的生產環境,節省人力,性價比較其他兩種液位計高。

液位作為保證生產連續性和設備安全性的一大重要參數,選擇匹配的液位測量監測儀表,對工業自動化系統穩步發展和企業自動化水平提升都具有重要的作用。例如在連續生產的情況下,維持濃密機中液位高度的穩定,對液位實施實時監控測量,防止液體冒罐造成生產事故,或者液位過低,影響生產正常進行,總體來說,液位穩定對保證生產和設備的安全有效是必不可少的。

2 吹氣式液位計的原理與性能

在存蓄腐蝕性、高粘度或含有懸浮顆粒的介質敞口容器液位測量時,常選用吹氣式液位計。

2.1 吹氣式液位計原理

吹氣式液位計一整套設備由導管、液位指示壓力表、浮子流量計、節流閥、氣源壓力計、減壓閥、過濾器、氣閥組成,在敞口容器中插人一根導管,壓縮空氣作為氣源的路徑由:氣閥→過濾器→減壓閥→氣源壓力計→節流閥,最終氣體流經過浮子流量計由導管溢出,如圖1 所示。氣閥用來控制氣流的開關及大小,再經過濾器過濾潔凈后符合液位計使用要求,氣流經減壓閥將根據生產需要的液位高度將壓力降至恒定壓力值,恒定壓力的潔凈壓縮空氣經節流閥限流、恒流作用,在浮子流量計顯示流量,最后恒流氣體從導管下端溢出排入大氣。

圖1 吹氣式液位計的原理

當導管下端有微量氣泡(約為150 個/min)溢出時,因氣泡微量且空氣流速較低,忽略空氣在導管中的沿程損失,這樣導管內的氣壓幾乎與液位靜壓相等,因此由壓力表指示的壓力值和液體內部壓強公式即可算出液位高度H。

若吹氣式液位計氣體流流量過大,會導致流經導管的壓降和測量誤差變大;流量過小,又會造成實際液位與壓力顯示出現相應壓力有時間上的滯后。為此,用以觀察流量的大小的浮子流量計,幫助我們監測選取一個合適的氣體流量數值,即生產中最高液位時氣泡均勻逸出的氣體流量為宜。

2.2 吹氣式液位計測量原理

凈化后的壓縮空氣經過減壓閥→恒流器→轉子流量計進入吹氣測量管。恒流器顧名思義是獲得恒定壓力的氣體流,吹氣管分為長短兩個吹氣管,目的是獲得差壓值。在忽略管道阻力等其他影響因素下,右側長吹氣測量管內氣體壓力為差壓變送器的高壓腔所受的壓力,左側短吹氣測量管插入較淺且不和液體接觸,差壓變送器低壓腔所受的壓力就是大氣壓力,即為不受壓力。差壓變送器所測量的差壓ΔP就是長吹氣測量管下端到液面的液柱靜壓值。

圖2 吹氣式液位計測量原理圖

差壓ΔP與液位h有式(1)所示關系。

也可以寫為h=ΔP/ρg,記k=1/ρg,則有式(2)。

所以,得到液位高度h與差壓變送器測量到的ΔP成線性關系,差壓變送器傳感器輸出電壓施加到電子部件上,轉化成4～20 mA 的輸出電流,根據電流與壓力對照表,得到壓力,對應算出上清液液位高度。這就是吹氣式液位計的測量原理。

測量精度受吹氣壓力、吹氣流量、界面溫度、密閉容器壓力等因素的影響,企業要根據實際生產需要及長時間設備運行經驗選擇合適的工藝參數值,以滿足儀表設備精度和穩定性要求。壓縮空氣進入后,轉子流量計會有一個上下浮動,如果測量液體是水,則浮動到流量計量程的50%即可,在某鉛鋅冶煉廠生產實際中,由于浸出液為酸溶液,且含有的雜質較多,所以導致濃密機內液體密度較大,所以吹氣時,轉子流量計上下浮動30%～40%即可。

吹氣式液位計優點是結構簡單,使用方便,最適合于具有腐蝕性、含有懸浮顆粒液體的液位測量,選型時最好避開密閉容器的液位測量,若不得已用于密閉容器液位測量,必須在容器上部開設通氣孔;它的缺點是需要氣源,而且只能適用于靜壓不高、準確度要求不高的場合。氣源采用氮氣或二氧化碳氣體,可滿足易燃、易氧化液體的液位測量。

2.3 吹氣式液位計在某鉛鋅冶煉廠安裝使用注意事項

1)氣管有兩個管口,其中長管管口安裝時位置應在濃密機底部結晶上部,以利于吹氣管中氣泡的逸出。

2)一般情況下,吹氣管的管口采用平口方式。

3)為防止上清液倒流,吹氣式液位計以及差壓變送器的安裝標高要高于濃密機內最高液面的標高,保證測量設備不被介質污染和浸泡。

4)氣管的氣體流量,要根據生產工藝實際選擇合適的氣體量,最好能滿足吹氣式液位計的測量精度,方便的設置吹氣式液位計的工作點。

5)氣管路在安裝時,要嚴格試壓,在確認無漏氣后才能投表運行。要定期檢查并觀察流量計的示值,以便及時發現堵塞和漏氣現象。

2.4 吹氣式液位計在某鉛鋅冶煉廠常見故障分析及解決方法

1)由于上清液pH 值為強酸,是一種帶有腐蝕性、高粘度、多種雜質混合的高懸濁物液體,對測量儀器的防腐蝕性要求較高,某鉛鋅冶煉廠一期系統中吹氣式液位計長的吹氣測量管用316 鋼管,二期系統吹氣裝置測量管用914 鋼管,有效的滿足了生產要求,但是長時間使用也會造成測量管腐蝕滲透,存在些許小孔,造成漏氣現象,影響測量精度。要定期檢查并觀察流量計的示值,以便及時發現漏氣現象,更換測量吹氣鋼管。

2)上清液中含有多種有用金屬和大量的礦石泥土雜質,在浸出現場可以看到,濃密機內部和上清液流槽中有很多結晶,結晶達到一定程度就會堵塞管道,造成測量精度誤差。雖然濃密機底部會沉淀很大一部分底流結晶,但是吹氣式液位計吹氣時,還是有雜質結晶會進入吹氣測量管,長時間會造成吹氣管孔徑縮小甚至堵塞,導致壓縮空氣進入較慢,進入氣體壓力值較小,甚至不再進入,影響測量時間和測量精度。要定期的檢查并觀察流量計的示值,以便及時發現堵塞,及時更換吹氣測量管,保證儀器正常使用。

3 吹氣式液位計在浸出工序的重要地位

浸出工序作為某鉛鋅冶煉廠濕法煉鋅的核心工序,上清液的各個參數測定都非常重要,而濃密機作為浸出工序的核心設備,某鉛鋅冶煉廠浸出工序共有9 臺濃密機,其中中性浸出2 臺、一段酸浸1臺、二段酸浸1 臺、預中和1 臺、沉礬1 臺、酸洗3臺。除了備用的之外,其他參與生產的濃密機上部都安裝吹氣式液位計,由氣源、減壓閥、恒流器、轉子流量計、差壓變送器和吹氣管組成吹氣式液位計,采用316 鋼管和914 鋼管插入濃密機內部達到防腐蝕的效果,液位計在非接觸式的強酸、強腐蝕、多霧氣、多結晶、高粘度、高懸濁物的環境中測量上清液液的密度和液位。及時掌握上清液液位、密度和結晶量等各個參數。濃密機上清液液位的正常測量監測保證了浸出各個工序正常進行和新液生產的穩定,保證了整個系統的體積平衡、鋅酸平衡和渣的平衡。

4 吹氣式液位計在浸出工序測量液位的優勢

1)浸出工序使用吹氣式液位計與超聲波液位計對比,浸出工序使用吹氣式液位計與超聲波液位計的各項對比,如表1 所示。

表1 吹氣式液位計與超聲波液位計對比表

2)由于某鉛鋅冶煉廠采用濕法煉鋅工藝,焙砂的后續處理工藝流程都是在強酸、強腐蝕性、多雜質、多結晶的環境介質中進行的。對于工作人員來說,有些設備是無法頻繁接觸來實現測量工藝參數的,譬如浸出工序的濃密機內上清液的液位、密度等,所以,對于液體介質的各種參數測量,采用非接觸測量的方法,既可以便于自控系統及儀器的維護與檢修,又可以測量介質的液位,還可以使變送器等儀表遠離設備(吹氣式液位計不需要裝在濃密機內部),達到保護設備,延長使用壽命的機會。

3)克服了浸出工序霧氣大不利于讀數、上清液高粘度、有懸濁物難測量的困難。

4)吹氣式液位計的吹氣測量管采用316 鋼管或者914 鋼管,可以有效地防酸性溶液腐蝕,探測器能長久耐用。

5)吹氣管遇到結晶堵塞現象,清理結晶,或者只需更換吹氣測量管,吹氣式液位計還可以繼續使用,增加了儀器的使用頻次與壽命。

6)結構簡單,對上清液溫度變化不敏感,不需要進行溫度補償。

7)安裝簡單,性價比高,為某鉛鋅冶煉廠生產節省大量成本。

5 結束語

吹氣式液位測量裝置適用某鉛鋅冶煉廠浸出工序生產環境,能有效的測量強腐蝕、強酸、高粘度、高懸濁物的上清液液位,而且價格便宜、性能穩定、儀器使用壽命長、節省成本、符合節能降耗原則,因其性價比優于其他測量裝置,尤其在測量貯槽液位領域運用廣泛,在冶煉、化工行業有很好的使用價值。