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差压式液位变送器在大型氧化反应器液位测量中

发布日期:2019-03-20

差压式液位变送器在大型氧化反应器液位测量中的应用方案
   液位是石油化工生产过程中重点监控的四大过程参数之一。工艺设备内物料液位的测量是否真实准确,往往直接影响工艺生产,甚至关系到安全生产问题。氧化反应器是过氧化二异丙苯(DCP)生产工艺中国关重要的设备。因此,氧化反应器的液位监控显得尤为重要。如采用传统差压法测量氧化反应器的液位,通过计算分析发现:传统差压液位测量法的误差偏大,不能满足工艺要求。因此,设计中根据生产工艺的特点,选择恰当的液位测量方法对氧化反应器的液位进行准确测量,对DCP装置的生产显得尤为重要。该项目采用了差压式液位变送器对氧化反应器的液位进行测量。不但解决了测量精度问题,且安装、维护方便。 
1 问题提出
  位于浙江的某化工企业新建50 000 t/年DCP装置。其氧化工段为连续生产工艺,此工段内有四套大型氧化反应器,这四套氧化反应器相互串联。氧化反应器外形尺寸:直径:Ф2 800 mm,总高:26 320 mm。液位测量取压口间距:h2-h1=21 700 mm。氧化反应器操作压力:0.15~0.2 MPa(G)。如采用传统差压液位测量方法,其管路安装图如图1所示
  图1中:ρ1为氧化反应器内物料密度;ρ2为隔离液密度;H为氧化反应器内物料液位;h2-h1为液位测量取压口间距。
  根据差压液位测量原理可得知,差压液位变送器正负室的压差ΔP应满足公式[1]:
  ΔP=ρ1gH+ρ2gh1-ρ2gh2,ΔP=ρ1gH-(h2-h1)ρ2g (1)
  由(1)式我们可清楚的发现,当ρ2不变时,对差压液位变送器做负迁移后[3],差压液位变送器检测的压差ΔP将与氧化反应器内物料液位H成线性关系。对变送器做负迁移问题这里不再赘述。
  由(1)式得:H=[ΔP+(h2-h1)ρ2g]/ρ1g (2)
  由于该装置为户外装置,故隔离液的温度将难***受环境温度或伴热温度的影响。当隔离液温度发生变化后,即ρ2变化后,而变送器参数保持不变时,则由(1)式可知ΔP必然将发生变化,那么,氧化反应器液位指示值H也必然发生相应变化。液位测量由此产生误差。
  现在我们假设在环境温度为25 ℃时将差压液位变送器校准好,氧化反应器内物料液位保持在H=7 m处,隔离液为水。物料密度ρ1=0.91 g/mL,25 ℃时ρ2=0.997 g/mL。那么,由(2)式得:H=[ΔP+(h2-h1)ρ2(25)g]/ρ1g (3)
  式中ρ2(25)为25 ℃时隔离液密度。此时H为实际液位值。当隔离液温度升高35 ℃时,液位变送器参数不变,但ΔP将变为ΔP(35),ΔP(35)=ρ1gH-(h2-h1)ρ2(35)g (4)
  由此导出: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:当隔离液温度升高35 ℃时,液位指示值H(35)比实际液位H增加了(ρ2(25)-ρ2(35))×(h2-h1)/ρ1。代入数值后,得知:当隔离液温度由25℃升高35℃后,液位测量误差为:ΔH(25)=(ρ2(25)-ρ2(35))×(h2-h1)/ρ1≈71.5 mm。此时测量值的相对误差为:ΔH(25)/H=71.5/7 000=0.010 2≈1%。氧化反应器内物料体积偏差:ΔV=π(D/2)2×ΔH(25)≈0.44 m3。由此可见,采用传统差压液位测量方法时,当隔离液温度变化时,其液位测量误差还是较高大的。
  由于该项目氧化反应器的液位测量取压口间距太大,h2-h1=21 700 mm,双法兰带毛细管差压液位变送器也无法适用。
  2 解决方案
  为解决氧化反应器的液位测量问题,通过多方比较高,我们*终采用了Rosemount 3051S/ERS差压式液位变送器系列。该系列变送器由2个3051S压力传感器构成。高压侧为主传感器,低压侧为副传感器。主、副传感器间采用CAN通讯协议通讯。通讯缆采用双绞屏蔽线即可,无需专用电缆。主传感器配有***专用计算模块,主传感器接收高压侧压力信号,并与副传感器传递过来的信号进行差压计算,然后将差压转换成4~20 mA模拟信号输出***控制系统进行监控。其安装方式见图2。
  3 Rosemount 3051S/ERS差压式液位变送器方案的优点
  (1)安装、维护方便。
  此方案省去了传统差压液位测量方法中的引压管、隔离液等。减少了安装、维护的工作量,减少了安装材料费用。同时也避免了隔离液保温、伴热、泄漏等问题。
  (2)响应快、精度一、稳定性好。
  Rosemount 3051S/ERS的响应时间为0.5 s。根据Rosemount公司提供的数据,双法兰带毛细管差压液位变送器,当毛细管长度为10英尺时,其响应时间为2.5 s。3051S/ERS差压式液位变送器测量精度高且不受环境温度发生变化的影响。
  (3)建立真正的***基准差压测量。
  (4)减少了备品备件。
  (5)Rosemount 3051S/ERS差压式液位变送器功能强。
  3051S/ERS除了提供液位计算外,还可以提供每个压力传感器的测量值及物料体积测量值等。
  4 结语
  差压式液位变送器很好地解决了大型氧化器的液位测量问题。在石油化工设计中,常常会碰到大型容器、塔器的液位测量问题。尤其在环境恶劣地区,差压式液位变送器是一种较高好的液位检测手段。另外,由于其安装方便,就设备改造项目而言,该方案也值得借鉴。

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