您好!欢迎光临 麥德勝电气(中国)有限公司
雙法蘭液位變送器在熱媒罐液位測量應用及分析

徐振強

引言

       英威达(Invista)的聚酯专利中,工艺热源依赖于3.5kg/cm2(G)的气相热媒,这种热媒是联苯-联苯醚共熔共沸混合物,液相热媒经热媒炉加热后在热媒闪蒸罐內減壓閃蒸産出穩定的氣相熱媒,閃蒸罐提供了流體迅速氣化和氣液分離所需的合理閃蒸空間。熱媒氣相總管溫度、壓力是該工段對聚酯工段的保障工藝指標,液位監控是該工藝段關鍵的操作控制工藝參數,是影響氣相熱媒溫度、壓力指標穩定,防止冒管、帶液的重要影響因素。文中主要分析了熱媒閃蒸罐內流體的物理特性與運動特性,總結了熱媒閃蒸罐液位儀表的選型、安裝注意事項及操作使用經驗,分析了導致熱媒閃蒸罐液位測量不穩定及其他高溫熱媒凝液罐液位儀表氣蝕損壞的原因並基于故障原因提出了改善措施。


一、熱媒閃蒸工藝特點

       热媒闪蒸的主要特点是液相热媒进液口设计在热媒闪蒸立罐切线方向,液相热媒进罐压力设计为6.5kg/cm2(G),闪蒸压力为305kg/cm2(G)。液相热媒切线进料的方式利用了离心力提高气液分离效果,液相饱和热媒在进入闪蒸罐减压后,闪蒸出的气相与液相利用重力分离,也可以加设丝网或挡板撞击以提高分离效率。闪蒸罐的进料口管径及定位尺寸应遵循工艺气-液分离器设计规范的设计计算要求,进料口径须与管道同口径,进料口中心线向上至筒体上部切线取(1.2倍筒体直径+1/2进料口直径)或(900mm+1/2进料口直径),二选一时必须取二者计算后的较大值,进料口中心线向下至液相最高液位可取(450~600mm+1/2进料口直径)。

       热媒闪蒸罐的设计压力为6.0kg/cm2(G)、设计温度375℃、操作压力3.5kg/cm2(G)、操作温度337℃,设备及仪表还应耐受停车后的极端真空工况。本文中热媒是联苯&联苯醚混合配置的共溶共沸混物,质量比是26.5∶73.5,市场上常选用两个厂家的老司机影院,分别是道康宁的品牌Dowtherm A和首诺的品牌THERMINOL?VP-1,该类别导热油具备热稳定性好、高温时饱和蒸汽压力低、液相黏度较低、凝固点温度12℃,气相的适用温度范围为257~400℃等特性。


二、熱媒閃蒸罐液位儀表設計方案及選型

麥德勝中国液位變送器600.png

       热媒闪蒸罐的操作工况具有高温、低压、耐真空的特点。联苯-联苯醚热媒具有毒性与易燃特性,热媒罐的液位仪表总体选型原则是远传液位计选型远传双法兰液位變送器,就地液位計選型磁翻板液位計,液位報警開關通過在磁翻板液位計上擴展幹簧管式浮子感應開關。液位儀表選型要滿足高溫熱媒的苛刻工況,優化選型與優化安裝方案是後期儀表可靠穩定運行的必要條件。文中根據設計與生産實踐經驗總結如下重要的設計選型原則:

(1)耐高溫與防凝固,基于康泰斯江陰澄高聚酯瓶片項目實踐,液位變送器選用ABB品牌266DRH系列液位變送器或者麥德勝Madshen MDSDP150系列,配套各属专供系列密封组件。

(2)热媒闪蒸罐的操作温度是337 ℃,设计温度达375℃,高压侧膜片材质选择AISI316SS。密封件及毛细管填充液必须考虑选择能耐高温、耐真空、工作温度压力區域寬的矽油。根據以往的項目實踐,有三種矽油在備選範圍內,分別是WIKA耐高溫型號KN32、道康甯的DC704與DC704高溫矽油。本文彙總了三種高溫矽油的溫壓工作性能曲線,如圖1所示。對比圖中矽油工作溫壓曲線(曲線左側區域爲矽油的工作區域),可以明顯得出KN32矽油的高溫、真空應用溫度範圍與壓力範圍均要優于DC704和DC705矽油,其中KN32高溫矽油的最低溫度限值爲-25℃,優于704矽油的0℃及705矽20℃,後兩者在南方均需要考慮伴熱。

(3)液位計負壓側一般處于罐體的氣相空間,密封組件膜片應考慮耐受熱媒中的微量氯離子腐蝕,低壓側膜片材質常升級考慮哈氏合金C-276。

(4)高壓側的液相熱媒在冷態時表現出高黏度特性,應選擇延伸式法蘭密封組件,確保密封膜片平面與設備內側平齊。

(5)磁翻板液位計應根據設計操作溫度選型耐高溫型號,磁性浮球及磁翻柱都應能適應熱媒閃蒸罐的高溫工況及停車後可能産生的負壓工況。


三、熱媒罐液位儀表應用故障分析

       热媒系统液位仪表在运行过程中常出现磁翻板液位计失效、浮子及筒体遭腐蚀泄漏、双法兰液位计膜片腐蚀破损的严重故障,严重影响老司机影院稳定和装置安全。下文主要从磁翻板液位计失效和液位仪表接液部件腐蚀两个方面分析故障原因及总结故障解决方案。


3.1磁翻板浮子液面跟隨失效故障分析

磁翻板能夠在開車初期的低負荷階段正常進行指示,但熱媒循環量提升到一定負荷後磁翻板液位計將失效,其刻度標尺一直顯示最低液位,可以確認此時磁浮球處于磁翻板液位計筒體底端。磁翻板液位計是利用連通器原理測量的液位儀表,連通器原理是“幾個底部互相連通的容器,注入同一種液體,在液體不流動時連通器內各容器的液面總是保持在同一水平面上”。連通器測量的首要條件是液體是靜止不流動的。前面分析過熱媒閃蒸系統特殊的工藝特點,液相熱媒是罐體切線進料,這不可避免地引起了閃蒸罐內液相熱媒的強烈旋轉並産生漩渦流。根據伯努利原理最爲著名的推論“等高流動時,流速大,壓力小”。在閃蒸罐內的液相熱媒旋轉速度顯著高于磁翻板液位計連通器內的靜止液相熱媒,這就導致在磁翻板液位計下連通邊界面處的壓力不平衡,磁翻板側的液注靜壓要高于閃蒸罐側的液相熱媒動壓,此壓力差最終會導致磁翻板筒體內的液相流入熱媒閃蒸罐內,從而引起連通器測量失效。

图一.png

通過上文的故障原因分析,本文提出了如下改進措施:

(1)磁翻板液位計上連通口設備內側增設弧形擋板,弧形擋板焊接覆蓋在上液位連通口上方,防止切線方向進入的液相熱媒旋轉流體灌入磁翻板液位計上口並導致浮子波動。該措施還可以防止過飽和液相熱媒進入磁翻板筒體後導致的氣蝕現象。

(2)設計時考慮提高磁翻板上連通口的高度,確保上部連通口連接的是罐體氣相熱媒。

(3)確保磁翻板液位計的下連通口處于靜止或流動速度較低的液面內。熱媒閃蒸罐的底部直接連接在熱媒循環泵入口,工藝在設計時已經考慮過要避免液相渦流裹挾氣體進入熱媒循環泵入口,因此在熱媒閃蒸罐底部設置有垂直“十”字擋板-防渦流擋板。放渦流擋板能消

除液體渦流,使防渦流擋板內液面處于相對穩定的工況。磁翻板液位計下連通口應開在熱媒閃蒸罐底部防渦流擋板下,確保下連通口插在防渦流擋板的流體穩定區。


3.2翻板液位計筒體及浮球破損故障分析

浙江新鳳鳴聚酯項目發生過熱媒罐體上的磁翻板液位計破損泄漏險情,除了浮球破損失真外,還數次發生磁翻板筒體破裂導致的高溫有毒、易燃的熱媒泄漏,造成環境汙染和操作安全隱患。本文總結後發現,破損的磁翻板液位計均安裝于操作溫度較高的熱媒冷凝罐1812-T01、1812-T02和熱媒閃蒸罐,查詢DCS中熱媒罐操作壓力曆史記錄,發現故障儀表所處罐體均出現過操作壓力低于飽和蒸汽壓力的工況,推測氣蝕應是造成液位儀表破損失效的主要原因。當設備操作壓力低于飽和蒸汽壓力時,液相熱媒內會産生氣泡並在液相與金屬的接觸界面處破裂並産生氣蝕,一般認爲氣泡的形成、生長及潰滅過程中的氣泡沖擊波機制與微射流機制是造成材料機械損傷的根本原因。避免氣蝕現象産生必須精細調整工藝設備的操作條件,避免設備容器氣相壓力低于液相熱媒的飽和蒸汽壓力。


四、結論

       康泰斯的聚酯业主一直反馈热媒闪蒸罐、热媒冷凝液储罐等的双法兰液位计和磁翻板液位计故障多发,装置运行一段时间后总会出现双法兰液位计的接液膜片、磁翻板的浮子、磁翻板筒体等被腐蚀,磁翻板液位计也常常检测不稳定。过去一直认为是热媒内的氯离子含量过高引起的化學腐蝕引起的,我們將儀表接液部件材質更換爲哈氏合金C-276,但腐蝕引起的破損問題依然沒有得到改善。磁翻板液位計測量不穩定的問題在江陰澄高1700t/d聚酯瓶片項目中徹底暴露,該項目工藝産能在經過2倍放大後,熱媒閃蒸罐只是相應提高了進液口高度,設備本體尺寸並沒有同步放大,磁翻板液位計常在熱媒系統開車負荷提高後徹底不能工作,現場檢查後確認故障時磁翻板筒體內無熱媒,這是導致磁翻板液位計不能工作的主要原因。儀表的故障常常是安裝設計不合理或工藝設備操作不正確導致的,完美的儀表測量方案從來就不是儀表單個專業知識所能涵蓋的,儀表專業確定選型和安裝方案還應綜合考慮收集工藝、設備、管道等方面的信息,了解工藝設備工作原理、理解工藝介質物性等。



標簽: 變送器  
浏覽:
相關內容:變送器  
返回顶部

分享到: