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二甲醚球罐液位计的改进

发布日期：2020-03-31 10:47:40 来源：作者：浏览次数：

【导读】：液位检测作为二甲醚球罐中二甲醚储存的度量手段，为生产装置的安全稳定运行提供重要依据。针对直径为18m的二甲醚球罐在运行过程中发现原导波雷达液位计测量数据不稳，在球罐在正常运行时对现场液位计进行改装，并分析了它们存在的问题。......

摘要：液位检测作为二甲醚球罐中二甲醚储存的度量手段，为生产装置的安全稳定运行提供重要依据。对于直径为18m，操作压力为10kg的球罐，为其选择一个测量准确、安装方便、维护简单，而且经济实惠的测量方案不易。针对直径为18m的二甲醚球罐在运行过程中发现原导波雷达液位计测量数据不稳，在球罐在正常运行时对现场液位计进行改装，并分析了它们存在的问题。依据二甲醚球罐的结构特点和操作要求，选择差压式液位计用于二甲醚球罐的液位检测，在近几年实际生产和二甲醚的装车中，更适合操作人员、管理考核以及安全管理的需求。

引言

中国平煤神马集团许昌首山化工科技有限公司20万吨/年二甲醚装置，2010年底投入运行，作为配套设施的2台4000m3二甲醚球罐（V202A/B）同时投入使用。球罐的远传液位（LT202A/B）原设计为导波雷达液位计，生产初期，球罐投入使用后远传液位计不能正常工作，后通过对现场磁翻板液位计增加干簧管进行液位信号的传送。随着各级安全管理部门对重大危险源的监管力度的加大及分厂精细化管理，2016年10月利用省安检部门对球罐进行全面检测的机会，对远传液位计进行了改造，改造后液位计运行安全平稳，取得了较好的效果。

1存在的问题

1.1导波雷达液位计在二甲醚球罐上的测量及问题

导波雷达物位测量技术是基于TDR（时域反射）原理产生的。微波脉冲信号沿着导波管以光速传播，一旦抵达被测介质表面，立即反射回电子接收器。光在空气或其他气体介质中的传播速度是恒定不变的常数，通过时间和光速相乘便可得出通过的物位距离。导波雷达物位计（LT202A/B）安装如图1所示。安装投入运行，通过液位计生产厂家现场调试后，仍不能正常工作，通过分析可能存在以下问题：

1）二甲醚液介电常数较低，与缆式探头导波雷达液位计要求的非常低介电常数接近以及罐直径较大导致回波信号不稳。

2）球罐直径较大，缆式探头与导波管很难达到同心，也易产生很强的虚假回波。

3）18m长的导波管，由于是现场制作，管内的光滑度及安装的垂直度也可能对测量有影响。

4）由于球罐体积较大，储存的是压力较高的易燃易爆液化气体，雷达液位变送器很少有机会拆下进行检查和维护。

5）由于导波雷达液位变送器进行调试也需专用的软件，对用户来说调试较困难，也不利于液位计的正常运行。

1.2现场液位计加装远传变送器在二甲醚球罐上的测量及问题

干簧管远传变送器工作原理是利用电阻进行分压，通过吸合的干簧管连接至输出端。随着磁性浮子跟随液位的变化，与其接近的干簧管被接通，输出的电压反映出相对应的液位高度。由于2台二甲醚球罐随生产正常而储存一定量的二甲醚产品，但导波雷达液位计又不能准确的对球罐的液位进行监测，为了稳定生产的继续和球罐液位的实时监测，经过与生产管理领导沟通，对现场磁翻板液位计（LI202）测量管上进行加装干簧管远传变送器（LT202）进行改造，如图2所示。通过几年的运行存在以下问题：

1）由于二甲醚球罐的直径是18m，现场液位计是由2台9m长液位计组装的，每台球罐也需加2台干簧管变送器。当液位低于9m时，上面的液位变送器的零点信号有误差时，易使操作人员进行误判，特别是上面1台翻板液位计磁浮子低于干簧管变送器零点时，显示为断线状态。

2）由于干簧管较长，与磁翻板液位计测量管之间是固定的，长时间的风吹日晒，易使它们之间有间隙，对测量信号有影响。

3）二甲醚罐区是重点监管的防爆区域，上面1台干簧管液位变送器的接线安装位置较高，不易对防爆接头的检查。

4）购买的干簧管变送器是国产品牌，故障率较高，有问题时不易检查和更换。

2改造方案

2.1二甲醚球罐远传液位计现场部分改进

现国内二甲醚球罐的液位检测仪表多选用导波雷达液位计、超声波液位计、放射性液位计或干簧管远传变送器液位计等。

二甲醚球罐已使用过导波雷达液位计和干簧管远传液位计，效果都不理想，而超声波液位计调试需专用软件，有故障时不易调试，且价格较高，且放射性液位计对放射源的防护要求较高。因此，从稳定性、性价比和维护方便等因素综合考虑，改进方案是：利用二甲醚球罐（V202A/B）上的备用口b1和b2改造成差压式液位计（LT202）如图3所示。

将b1口用DN18PN25的导压管引入到球罐底部差压变送器（LT202）的负压端，在进入负压端前加装1个冷凝罐（储存气相管内的冷凝液，减少冷凝液柱对气相压力的影响）。冷凝罐低于差压变送器（LT202），并在下部加装两个截止阀便于排放冷凝液。b2口用DN18PN25的导压管引入到球罐底部差压变送器（LT202）的正压端，使LT202与b2取压口等高。b1和b2是差压液位计的气相和液相取压口，气相取压点处压力为球罐内气相压力；液相取压点处压力除受气相压力作用外，还受液柱静压力的作用，液相和气相压力之差，就是液柱所产生的静力。根据流体静力学原理，有

Pb2=Pb1+Hρg

式（1）中，H—二甲醚液体高度；ρ—二甲醚密度；g—当地重力加速度。

由式（1）可得，ΔP=Pb2-Pb1=Hρg。通过查二甲醚密度与温度对照表，温度变化对液态二甲醚的密度影响不大，这样可以把二甲醚密度和重力加速度作为已知量。因此，差压变送器（LT202）测得的差压与二甲醚液体高度成正比，通过LT202测量得到取压口b2和b1的差压就能计算出二甲醚液位的高度。

2.2差压变送器的选型与设置

差压变送器的选型通常根据安装条件、环境条件、仪表性能、经济性和应用介质等方面考虑，选型原则如下：

1）主要依据以被测介质的性质指标为准，以节约资金、便于安装和维护为参考。

2）要考虑介质对膜盒金属的腐蚀。一定要选好膜盒材质，否则使用后很短时间就会将外膜片腐蚀坏，法兰也会被腐蚀坏造成设备和人身事故，所以材质选择非常重要。变送器的膜盒材质有普通不锈钢、304不锈钢、316L不锈钢、钽膜盒材质等。

3）要考虑被测介质的温度。如果温度一般为200℃～400℃，要选用高温型，否则硅油会产生汽化膨胀，使测量不准。

4）要考虑设备工作压力等级，变送器的压力等级必须与应用场合相符合。从经济角度上讲，外膜盒及插入部分材质比较合适，但连接法兰可以选用碳钢、镀铬，这样会节约很多资金。

5）从经济角度上来讲，选用变送器时，只要不是易结晶介质都可以采用普通型变送器，而且对于低压易结晶介质也可以加吹扫介质来间接测量（只要工艺允许用吹扫液或气），应用普通型变送器要求维护人员多次进行定时检查，包括各种导压管是否泄漏、吹扫介质是否正常、保温是否良好等。只要维护做得好，大量使用普通型变送器一次性投资会节约很多。

根据以上原则综合考虑，通过查找EJA智能变送器选型样本，结合ΔP=Hρg可以计算出液位变送器（LT202）的量程为：ΔP=Hρg=18×0.661×9.8=116.6（KPa），2台二甲醚球罐液位计变送器选择的型号为：EJA110A-EHS3B-

87DD，用HART协议通信器将差压变送器的量程范围设为：0KPa～116.6KPa。

2.3二甲醚球罐远传液位计DCS部分改进

二甲醚球罐的液位是一项重要的控制参数，由于二甲醚装置生产负荷发生变化以及对外灌装，二甲醚球罐的库存多少会引起球罐内二甲醚液位的波动，特别是近几年来国家各级安管部门对重大危险源的监管力度越来越大。二甲醚球罐是球体，液位的高度与储存的体积不成正比，通过液位的高度不能反映球罐实时储存的实际吨数。原DCS中只显示球罐高度，不能满足生产管理和操作的需求，后对DCS程序进行修改来增加储存体积、吨数的显示及控制。利用牛顿非常好定律、质量计算公式和球缺的体积公式

G二甲醚=mg=V球缺ρg=πH2（R-H/3）ρg

式（2）中，R—二甲醚球罐的半径；H—二甲醚液位高度；ρ—二甲醚密度；g—当地重力加速度。

在DCS程序组态中，修改模拟量输入信号LT202对应的量程范围为：0m～18m。式（2）中π、R、ρ和g都是定值，H是变量。启动组态操作界面中二次计算功能，算出二甲醚的实时重量G。为了便于操作及考核的需要，在流程图画面上分别添加二甲醚液体积V和二甲醚液重量G显示，非常后对组态程序进行保存、编译、下装及传送。

3改造后的优点

改造后的优点主要体现在以下几方面：

1）维护方面，比改造前更简单方便。关掉截止阀后，能直接拆除液位变松器进行维护和更换等检修，而雷达液位计和超声波液位计需置换球罐后才能拆除维护，对于干簧管变送器液位则需登高进行维护。

2）价格方面，1台知名合资品牌的差压变送器只需5000元左右，而雷达液位计和超声波液位计国产的就需几万元，知名合资品牌更贵。

3）稳定性，差压变送器测量值受干扰比雷达液位计和超声波液位计要少，不易受外界干扰而波动。

4）通信方面，差压变送器只需HART协议的通信器就能调试，而雷达液位计和超声波液位计等需专用的通信软件。

4结语

通过对2台4000m3二甲醚球罐远传液位计进行改造，达到了改造目的，相比改造前的故障率有所降低，DCS画面上的显示更准确具体，实现了对2台二甲醚球罐二甲醚储量的实时监测，减少了人工计算和误差，对于确保二甲醚球罐安全平稳长周期运行具有重要意义。

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