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一、研究背景

      煤化工企業(yè)中，初冷器利用焦油氨水分離槽分界層的乳濁液進(jìn)行內(nèi)部噴灑清洗。焦油和氨水密度相差不大，其分界面的測定和調(diào)節(jié)成為很多工廠的棘手問題，目前部分企業(yè)采用磁致伸縮液位計(jì)進(jìn)行測量。首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司原設(shè)計(jì)使用浮子界面儀來測量分界面的高度，將信號(hào)轉(zhuǎn)換器安裝在罐體頂部，下方連接一根6m 長的探桿，浮子經(jīng)過配重浮在乳濁液層，沿探桿上下滑動(dòng)傳輸信號(hào)，信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)化后傳至DCS 系統(tǒng)。這種測量方式使用效果不好，目前采用手動(dòng)放油的方法觀測液位。

二、技術(shù)方案

      工廠中常利用差壓變送器測量單種液體的液位值，原理如圖1 所示。變送器高低壓側(cè)傳感器承受的壓力值計(jì)算公式如下：

P2=ρgH+P0 （1）

P1=P0+Ps    （2）

用于邏輯換算的壓力差的計(jì)算公式如下：

ΔP=P2-P1=ρgH-Ps （3）

將儀表量程負(fù)牽Ps 值后，得：

ΔP=P2-P1=ρgH      （4）

圖1 差壓變送器測量液位原理

利用以上原理，如果將圖中氣體視為焦油氨水分離槽的氨水層，液體視為焦油層，則其液面高度即氨水與焦油的分界面高度。測量原理變?yōu)閳D2 所示，變送器高低壓側(cè)傳感器承受的壓力值計(jì)算公式如下：

P2=ρ1gh1+ρ1gh3+ρ2gh2+P0 （5）

P1=ρ1gh3+P0+Ps                     （6）

用于邏輯換算的壓力差的計(jì)算公式如下：

ΔP=P2-P1=ρ1gh1+ρ2gh2-Ps=ρ1g（H-h3-h2）+ρ2gh2-Ps

= （ρ2-ρ1）gh2+ρ1g（H-h3）-Ps （7）

將儀表零點(diǎn)負(fù)牽Ps 后，得：

ΔP= （ρ2-ρ1）gh2+ρ1g（H-h3）  （8）

圖2 差壓變送器測量分界面高度的原理

式中：ρ1、ρ2、g、H、h3 均為定值。

得出以下結(jié)論：ΔP 與h2 呈線性關(guān)系，通過ΔP 的變化可推導(dǎo)出分界面高度h2。

三、具體實(shí)施方式

       將第一格和第五格放油管道切除，分別安裝差壓變送器的高低壓側(cè)法蘭膜盒，膜盒與手動(dòng)閥門間安裝泄空閥門和蒸汽吹掃點(diǎn)。首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司抽取乳濁液的管道與第三格放油管在一個(gè)水平位置，液位變送器的測量量程滿足實(shí)際工況變化。經(jīng)化驗(yàn)實(shí)際焦油和氨水密度為1.16kg/m3 和0.987kg/m3，計(jì)算變送器測量量程計(jì)算公式如下：

Δp=（ρ2-ρ1）g（h1+h2）

= （1.16-0.987）×9.8×1.8=3.05kPa                         （9）

負(fù)牽值計(jì)算公式如下：

Ps-ρ1g（h1+h2）=19.386-0.987×9.8×1.8 ≈ 2kPa （10）

用HART協(xié)議手操器將差壓變送器量程設(shè)置為-2 ～ 1kPa。第一、五格放油管間距1.8m， 在PLC 端更改上位量程為5.6 ～ 7.4m 與之對(duì)應(yīng)。

       當(dāng)焦油氨水分離不清時(shí)，分界層變厚會(huì)導(dǎo)致測量值比真實(shí)值偏小，測量數(shù)據(jù)失去指導(dǎo)意義。應(yīng)用此方法需要工人定期對(duì)第二、三、四格放油管放油，檢查油水分離情況。