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化工行業(yè)

高溫型音叉液位開關(guān)在尿素合成塔裝置中的應(yīng)用

　　尿素作為一種肥料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著十分重要的角色，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的重要原料。目前，生產(chǎn)尿素的工藝流程是原料煤利用蒸汽和空氣為汽化劑，在煤氣反應(yīng)爐內(nèi)產(chǎn)生半水煤氣，經(jīng)甲醇、烴化等工藝將氣體凈化，除去雜質(zhì)后，將純凈的氮?dú)浠旌蠚怏w壓縮合成為氨，與凈化壓縮后的二氧化碳同氨一起送入尿素合成塔，在高溫高壓下合成尿素。為了有效地指導(dǎo)生產(chǎn)操作，控制以及監(jiān)視尿素的生產(chǎn)過程，對(duì)生產(chǎn)中各種液位的監(jiān)控和測(cè)量必不可少。其中尤以尿素合成塔的液位測(cè)量最為關(guān)鍵，這是因?yàn)槟蛩睾铣伤墓r非常惡劣，對(duì)儀表的要求也十分苛刻，主要表現(xiàn)在高溫高壓的應(yīng)用環(huán)境，其壓力和溫度分別達(dá)到3Mp和200℃。此外，尿素合成塔的工況具有較強(qiáng)的腐蝕性和爆炸性危險(xiǎn)。尿素合成塔在國(guó)內(nèi)外發(fā)生爆炸并不鮮見，近年在國(guó)內(nèi)山東和河北就發(fā)生了2起尿素合成塔爆炸事故。據(jù)分析爆炸誘因是內(nèi)襯腐蝕泄漏，層板應(yīng)力腐蝕開裂和原始制造缺陷等致層板局部開口開裂，而導(dǎo)致的“爆沸”爆炸。這就要求液位測(cè)量?jī)x表除具有耐高溫和高壓外，還需具有較強(qiáng)的耐腐蝕性和較高的防爆等級(jí)。

高溫型音叉液位開關(guān)在尿素合成塔裝置中的應(yīng)用

　　液位開關(guān)的種類多樣，其中接觸式的有浮球液位開關(guān)、電容式液位開關(guān)、射頻導(dǎo)納液位開關(guān)以及音叉液位開關(guān)等。那么，在尿素合成塔這樣的嚴(yán)苛的工藝條件下，該如何選擇液位開關(guān)呢？

　　浮球液位開關(guān)的結(jié)構(gòu)主要是基于浮力和靜磁場(chǎng)原理設(shè)計(jì)而成的。帶有磁體的浮球（簡(jiǎn)稱浮球）在被測(cè)介質(zhì)中的位置受浮力作用影響：液位的變化導(dǎo)致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關(guān)）作用，產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。但浮球液位開關(guān)不適合尿素合成塔中的高壓高溫工況，測(cè)量可靠性低，且其機(jī)械式結(jié)構(gòu)拆卸、清潔也很復(fù)雜。
　　電容式液位開關(guān)的測(cè)量原理是：液位高低變化導(dǎo)致探頭被覆蓋區(qū)域大小發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容值發(fā)生變化。探頭與罐壁（導(dǎo)電材料制成）構(gòu)成一個(gè)電容。當(dāng)罐體中有物料注入時(shí)，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區(qū)域面積的增加而相應(yīng)地增大，通過檢測(cè)電容值的變化輸出開關(guān)報(bào)警信號(hào)。電容式液位開關(guān)的探頭由絕緣材料PTFE制成，當(dāng)放置在溫度接近200℃的介質(zhì)中時(shí)，其耐壓能力較弱，遠(yuǎn)超過探頭所能承受的范圍。探頭絕緣材料在高溫下分子間隙變大，測(cè)量介質(zhì)尿素會(huì)滲透到絕緣套內(nèi)，易造成儀表指示不正常。
　　射頻導(dǎo)納物位控制技術(shù)是從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來的，相較電容式物位控制技術(shù)，其增加了放掛料電路設(shè)計(jì)，在粘附性物料上有一定的優(yōu)勢(shì)，但是在高溫高壓的環(huán)境下電極的損壞無法避免，這是因?yàn)樘筋^的絕緣層與金屬電極主要通過滾壓工藝制作完成，很不耐壓，在高壓環(huán)境下彼此之間容易產(chǎn)生間隙從而影響儀表的準(zhǔn)確測(cè)量。探頭一旦出現(xiàn)故障，目前唯一能做的就是重新更換，而這無疑增加了額外的維修成本。
　　音叉液位開關(guān)的工作原理是通過安裝在基座上的一對(duì)壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動(dòng)。當(dāng)音叉液位開關(guān)的音叉與被測(cè)介質(zhì)相接觸時(shí)，音叉的頻率和振幅將改變，通過檢測(cè)這一物理量的變化輸出開關(guān)報(bào)警信號(hào)。音叉液位開關(guān)幾乎不受泡沫、湍流、振動(dòng)、固體含量的影響，可以消除飛濺，避免誤報(bào)警。在耐溫方面，普通款可耐150℃，通過采用增加高溫延長(zhǎng)套管的形式耐溫可達(dá)250℃，滿足溫度使用要求。
　　近期，計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)成功應(yīng)用在某化肥廠的尿素合成塔測(cè)量裝置中。這是因?yàn)橄噍^國(guó)內(nèi)普通型音叉液位開關(guān)，計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)具有一系列優(yōu)勢(shì)，使之非常匹配尿素合成塔裝置的工況，完全勝任該復(fù)雜工況的液位測(cè)量。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　1．根據(jù)用戶工況需要，通過增加高溫延長(zhǎng)管的方式，使得儀表能夠耐受250℃高溫，耐溫范圍更廣。
　　2．316L不銹鋼材質(zhì)、氣密絕緣套管以及高防護(hù)等級(jí)，使得計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)能夠用于壓力較大腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)合。
　　在尿素生產(chǎn)中，原料CO?、NH?、甲銨和尿素的水溶液，原料帶入的硫化物、氯化物及生產(chǎn)過程中形成的碳酸銨溶液、稀氨水和少量氰酸等都具有腐蝕性，特別是在溫度較高（130℃～200℃），壓力較大情況下的尿素—甲銨溶液對(duì)金屬的腐蝕更為嚴(yán)重，許多生產(chǎn)企業(yè)的尿素合成塔等設(shè)備均因腐蝕問題進(jìn)行過停車搶修。腐蝕問題也因其成為尿素穩(wěn)定生產(chǎn)的嚴(yán)重障礙而日益受到重視。
　　計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)能夠耐受較高的壓力，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。相較浮球液位開關(guān)、電容式液位開關(guān)、射頻導(dǎo)納液位開關(guān)，音叉液位開關(guān)探頭采用一體化設(shè)計(jì)，無可拆卸部分，能夠耐壓65kg/cm2。其主體材料采用耐腐蝕性較強(qiáng)的316L不銹鋼材質(zhì)，在具有較高壓力和較強(qiáng)腐蝕性的強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液的危險(xiǎn)場(chǎng)合下，可以通過增加氣密絕緣座的方式，避免過壓環(huán)境引起腐蝕性介質(zhì)腐蝕叉體端蓋表面從而倒灌到表頭引起嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故，不僅如此，為適應(yīng)超強(qiáng)腐蝕性液體工況，計(jì)為自動(dòng)化還提供ECTFE、PFA涂層等選項(xiàng)供用戶選擇。其整機(jī)防護(hù)等級(jí)高達(dá)IP66/IP67。這樣的保護(hù)措施使得儀表整機(jī)的安全性能更高。
　　3．多種信號(hào)輸出方式備選，叉體短小，應(yīng)用廣泛，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。
　　除了適應(yīng)于高溫高壓的環(huán)境外，計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)擁有繼電器、二線制和Namur三種信號(hào)輸出方式，叉體長(zhǎng)僅40mm，特別適合管道等狹小空間的液位測(cè)量，基于檢測(cè)頻率變化的設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)，這是因?yàn)榻?jīng)過精密調(diào)諧的兩個(gè)叉體振動(dòng)特性完全對(duì)稱，能夠?qū)崿F(xiàn)完全共振，可測(cè)介質(zhì)密度低至0.5g/cm3，且免受泡沫、氣泡、粘稠、振動(dòng)以及液體特性的影響，能夠提供高于同行標(biāo)準(zhǔn)的抗粘附保護(hù)，不易發(fā)生誤報(bào)警現(xiàn)象，具有高可靠性。
　　4．雙防爆認(rèn)證，防爆等級(jí)高。
　　產(chǎn)品通過本安、隔爆雙防爆認(rèn)證，其中，隔爆的防爆等級(jí)高達(dá)Ex d IIC T6 Gb，本安的防爆等級(jí)高達(dá)Ex ia IIC T6 Ga，安全性高，非常適合在尿素合成塔這種腐蝕性強(qiáng)，容易爆炸的環(huán)境中使用。
　　計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)的上述特點(diǎn)，為儀表的穩(wěn)定安全運(yùn)行提供了可靠保證，使之非常適合在尿素合成塔中應(yīng)用。該產(chǎn)品自投入使用以來，其安全、穩(wěn)定、可靠、免維護(hù)的特性受到客戶的一致好評(píng)。

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