差壓式液位變送器在大型氧化反應器液位測量中的應用方案

　　　 液位是石油化工生產過程中重點監控的四大過程參數之一。工藝設備內物料液位的測量是否真實準確，往往直接影響工藝生產，甚至關系到安全生產問題。氧化反應器是過氧化二異丙苯（DCP）生產工藝中至關重要的設備。因此，氧化反應器的液位監控顯得尤為重要。如采用傳統差壓法測量氧化反應器的液位，通過計算分析發現：傳統差壓液位測量法的誤差偏大，不能滿足工藝要求。因此，設計中根據生產工藝的特點，選擇恰當的液位測量方法對氧化反應器的液位進行準確測量，對DCP裝置的生產顯得尤為重要。該項目采用了差壓式液位變送器對氧化反應器的液位進行測量。不但解決了測量精度問題，且安裝、維護方便。  
　　
1 問題提出
　　位于浙江的某化工企業新建50 000 t/年DCP裝置。其氧化工段為連續生產工藝，此工段內有四套大型氧化反應器，這四套氧化反應器相互串聯。氧化反應器外形尺寸：直徑：Ф2 800 mm，總高：26 320 mm。液位測量取壓口間距：h2-h1=21 700 mm。氧化反應器操作壓力：0.15～0.2 MPa（G）。如采用傳統差壓液位測量方法，其管路安裝圖如圖1所示。


　　圖1中：ρ1為氧化反應器內物料密度；ρ2為隔離液密度；H為氧化反應器內物料液位；h2-h1為液位測量取壓口間距。
　　根據差壓液位測量原理可得知，差壓液位變送器正負室的壓差ΔP應滿足公式[1]：
　　ΔP=ρ1gH+ρ2gh1-ρ2gh2，ΔP=ρ1gH-（h2-h1）ρ2g （1）
　　由（1）式我們可清楚的發現，當ρ2不變時，對差壓液位變送器做負遷移后[3]，差壓液位變送器檢測的壓差ΔP將與氧化反應器內物料液位H成線性關系。對變送器做負遷移問題這里不再贅述。
　　由（1）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2g]/ρ1g （2）
　　由于該裝置為戶外裝置，故隔離液的溫度將難免受環境溫度或伴熱溫度的影響。當隔離液溫度發生變化后，即ρ2變化后，而變送器參數保持不變時，則由（1）式可知ΔP必然將發生變化，那么，氧化反應器液位指示值H也必然發生相應變化。液位測量由此產生誤差。
　　現在我們假設在環境溫度為25 ℃時將差壓液位變送器校準好，氧化反應器內物料液位保持在H=7 m處，隔離液為水。物料密度ρ1=0.91 g/mL，25 ℃時ρ2=0.997 g/mL。那么，由（2）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g （3）
　　式中ρ2（25）為25 ℃時隔離液密度。此時H為實際液位值。當隔離液溫度升至35 ℃時，液位變送器參數不變，但ΔP將變為ΔP（35），ΔP（35）=ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g （4）
　　由此導出：H（35）=[ΔP（35）+（h2-h1）ρ2（25）g]/ ρ1g=[ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g= H-（ρ2（35）-ρ2（25））×（h2-h1）/ρ1 （5）
　　由（5）式得知：當隔離液溫度升至35 ℃時，液位指示值H（35）比實際液位H增加了（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1。代入數值后，得知：當隔離液溫度由25℃升至35℃后，液位測量誤差為：ΔH（25）=（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1≈71.5 mm。此時測量值的相對誤差為：ΔH（25）/H=71.5/7 000=0.010 2≈1%。氧化反應器內物料體積偏差：ΔV=π（D/2）2×ΔH（25）≈0.44 m3。由此可見，采用傳統差壓液位測量方法時，當隔離液溫度變化時，其液位測量誤差還是較大的。
　　由于該項目氧化反應器的液位測量取壓口間距太大，h2-h1=21 700 mm，雙法蘭帶毛細管差壓液位變送器也無法適用。
　　2 解決方案
　　為解決氧化反應器的液位測量問題，通過多方比較，我們終采用了Rosemount 3051S/ERS差壓式液位變送器系列。該系列變送器由2個3051S壓力傳感器構成。高壓側為主傳感器，低壓側為副傳感器。主、副傳感器間采用CAN通訊協議通訊。通訊纜采用雙絞屏蔽線即可，無需專用電纜。主傳感器配有一專用計算模塊，主傳感器接收高壓側壓力信號，并與副傳感器傳遞過來的信號進行差壓計算，然后將差壓轉換成4～20 mA模擬信號輸出至控制系統進行監控。其安裝方式見圖2。


　　3 Rosemount 3051S/ERS差壓式液位變送器方案的優點
　　（1）安裝、維護方便。
　　此方案省去了傳統差壓液位測量方法中的引壓管、隔離液等。減少了安裝、維護的工作量，減少了安裝材料費用。同時也避免了隔離液保溫、伴熱、泄漏等問題。
　　（2）響應快、精度高、穩定性好。
　　Rosemount 3051S/ERS的響應時間為0.5 s。根據Rosemount公司提供的數據，雙法蘭帶毛細管差壓液位變送器，當毛細管長度為10英尺時，其響應時間為2.5 s。3051S/ERS差壓式液位變送器測量精度高且不受環境溫度發生變化的影響。
　　（3）建立真正的零基準差壓測量。
　　（4）減少了備品備件。
　　（5）Rosemount 3051S/ERS差壓式液位變送器功能強。
　　3051S/ERS除了提供液位計算外，還可以提供每個壓力傳感器的測量值及物料體積測量值等。
　　4 結語
　　差壓式液位變送器很好地解決了大型氧化器的液位測量問題。在石油化工設計中，常常會碰到大型容器、塔器的液位測量問題。尤其在環境惡劣地區，差壓式液位變送器是一種較好的液位檢測手段。另外，由于其安裝方便，就設備改造項目而言，該方案也值得借鑒。

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