脱硫装置蒸发器液位计改造

（中国石油 乌鲁木齐石化公司化肥厂，乌鲁木齐 830019）

脱硫装置蒸发器液位计改造

孙 磊

（中国石油 乌鲁木齐石化公司化肥厂，乌鲁木齐 830019）

根据脱硫一、二、三效蒸发器实际工作的状态以及工艺特点，对以前一直存在的硫酸铵浆液液位测量问题进行改造，保证蒸发器中硫酸铵液位测量的准确，将原有双法兰毛细管差压式液位计进行改造，提高液位变送器的使用寿命，保证装置平稳运行。

硫酸铵浆液；蒸发器；液位变送器；真空

0 引言

中石油乌鲁木齐分公司化肥厂一化肥装置有两台负荷为210T/H的燃煤锅炉，日消耗燃煤约1000t，产生的蒸汽用来驱动5台透平压缩机和1台透平发电机，随着国家对环保越来越重视，企业面临越来越大的减排压力，为减少本公司外排SO2总量，本公司于2007年新上一套烟气脱硫装置。该装置采用氨—硫酸铵工艺，按照两炉一塔方式建设。工程建设规模： 2×210t/h煤锅炉烟气脱硫设施，正常工况下烟气处理量：420833.3Nm3/h。该装置自试运行以来基本可以连续、稳定运行，脱硫设施出口污染物的排放满足DB65/2154-2004《燃煤锅炉大气污染物排放标准》的要求，脱硫效率达到90%以上，年减排SO2约4500t，NOX约600t，对控制和消减乌石化公司的二氧化硫排放总量有显著的效果。另外，烟气脱硫副产品硫酸铵品质符合电力标准《硫酸铵》（DL/P808-2002）中的合格品要求。

技术先进可靠；脱硫效率高，可达95%以上；能耗低；氨与SO2反应是气-气、气-液反应，反应速度快，反应完全，吸收剂利用率高；无废水外排；充分利用了炼油厂污水汽提装置产生的废氨水作为脱硫剂，对锅炉烟气进行脱硫处理，同时具有除尘和脱氮效果。其次，脱硫装置投入运行后不仅可减少大气中的主要污染物排放量，还可综合利用低浓度的氨水和稀尿素溶液“变废为宝”，可为复合肥厂年提供约10000t/硫酸铵副产品来替代价格较高的商品尿素作为生产原料。此部分副产品的回收价值，再加上替代尿素的综合价差，以及减缴的SO2排污费等，创造的综合效益显著[1]。

1 工艺流程说明

1.1烟气脱硫法

烟气脱硫装置可以划分为：烟气系统、吸收系统、吸收剂供应系统、工艺水系统、氧化空气系统、硫酸铵后处理系统、事故排放系统。

1.2工艺流程

本文所涉及到的蒸发器在硫酸铵后处理系统中，下面简要介绍硫酸铵后处理系统工艺流程。

后处理工段采用蒸发结晶工艺来获得硫酸铵成品。

浓缩至40%～50%硫酸铵的循环浆液，进入一效分离器边加热，边蒸发，部分内部循环，部分泵入二效分离器，在二效内边加热边蒸发，部分内部循环，部分泵入三效分离器，在三效内加热并形成循环溶液。在三效内蒸发浓缩的浆液以过饱和状态泵入旋流器，当固含量达到30%以上后进入离心机进行固液分离，分离后的晶体进入流化床干燥，计量打包，即为成品。

一效加热器的热源是经过热泵升压的一效闪蒸汽和部分生蒸汽，二效加热器采用一效蒸发产生的闪蒸汽作为热源，三效加热器采用二效蒸发产生的闪蒸汽作为热源。

多效蒸发是减压蒸发，抽真空可方便地降低蒸发器的操作压力和溶液温度。三效蒸发后面设置了蒸发冷凝器，冷却循环水通过间接冷凝器把系统的热量带出[2]。如图1所示。

图1 蒸发器原理简单示意Fig.1 Simple principle of evaporator

2 液位测量原理

2.1液位变送器

自脱硫系统投用以来，一、二、三效蒸发器原先设计在罐体上安装的是双法兰毛细管，插入式膜盒差压液位变送器。如图2所示。

图2 双法兰毛细管液位变送器Fig.2 Double flange capillary liquid level transmitter

2.2差压式液位变送器

差压法测量液位的原理是根据容器内液位改变时，由正负压取压膜盒收到的压力差也随之改变的原理测量液位的。

实际应用中，蒸发器的液位变送器的正向接液相，负向接气相。连通外置膜盒于变送器内部感压原件的为硅油毛细管。

P：正负压差 ρ：浆液密度 g：重力加速度h：液位高度

可以在已知正负压差，浆液密度的情况下，得到蒸发器内浆液的实际高度，差压式变送器就是根据这个原理来测量液位的[3，4]。

3 实际应用中的问题

多效蒸发在实际应用中为了降低蒸发器的操作压力和溶液温度。防止蒸发器由于温度过高造成超温超压，采取了蒸发器内抽真空的方式，真空大约为-70kPa左右，这样就造成双法兰差压液位变送器的负压侧即测气相压力的一端长期处在负压的工作状态下[4，5]。在实际使用中，直接造成负压测膜盒的损坏，给工艺操作带来了很大的影响，也给仪表人员的维护产生了很大的困难。如图3所示，双法兰差压变送器的负压测膜盒，在使用中的损坏情况。

图3 改造前负压测膜盒损坏情况Fig.3 Negative pressure test before modification bellows damage

在实际使用过程中，先后使用过膜盒材质为哈氏合金、表面镀钽的相应双法兰插入式膜盒的变送器，但是都没有取得很好得效果，有个别变送器甚至在不到两周的时间里就出现了膜盒损坏的情况。

4 创新设计与改造

结合多方面的考虑，以及对尿素相似设备液位测量的借鉴，最终对原有变送器经行改造，采用负向吹气法来测量蒸发器内硫酸铵浆液的液位。

4.1负向吹气法

吹气法测量液位是一种很经典的测量方法，结构简单可靠，特别是在被测介质有腐蚀性、放射性、引压管易堵塞的情况下，吹气装置是一种合适的选型[6，7]。

由于在实际使用中并没有订购吹气类型的变送器，所以就用原有的双法兰变送器经行了改造，将原来负压测膜盒损坏但正压测膜盒完好的双法兰毛细管变送器的负压测毛细管及外置膜盒去掉，配一根引压管到蒸发器的顶部，同时给负压测的引压管引入一股很小的仪表空气，目的是为了防止负压测的取压口时间长硫酸铵结晶堵塞。如图4所示。

图4 负向吹起法原理Fig.4 Negative blowing method principle

4.2实际使用情况分析

在实际应用中，将原有损坏的双法兰毛细管液位变送器的负压测毛细管及损坏的膜盒替换为负向引压管线直接从变送器负压测配管到蒸发器顶部，并在负向引压管中断配制吹起管线和减压阀，可以随时调整吹气量的大小，使吹气量在保证测量准确的同时防止负压测取压口介质结晶堵塞。如图5、图6 所示。

图5 现场安装情况Fig.5 Site installation conditions

5 改造前后对比

5.1改造前

改造前使用的是双法兰插入式膜盒的差压变送器，在使用过程中由于蒸发器内的负压存在，造成负压测膜盒变形受损，经常被迫切出蒸发器，经行变送器地更换，在实际使用过程中给工艺操作带来很大影响也给仪表维护人员的日常维护带来了很大的工作量。有时不到半个月负压测膜盒就已损坏不能使用。

5.2改造后

改造后，将测气相压力的负压测改造成吹气式导压管直接连通变送器内部感压原件，将原有的插入式膜盒去掉，避免了膜盒面长期受到蒸发器内负压的影响而损坏。在实际使用过程中，二、三效蒸发器已全部改造为负向吹气式正向单法兰膜盒差压变送器。在改造后近半年时间里，没有发现任何异常情况，液位计运行良好。

图6 现场安装情况Fig.6 Installation

6 结束语

此次对脱硫蒸发器的液位测量变送器地改造，一方面解决了液位测量变送器频繁损坏的问题；另一方面双膜盒毛细管式差压变送器的价格远远高出单法兰差压变送器的价格，此次改造过程中并没有加大成本，而是在原有更换下来的旧变送器上动脑筋、下工夫，在节约成本的同时，大大提高了仪表设备的可靠性。

[1]孙海波,刘新亚．氨法在乌石化化肥厂脱硫装置上的应用[J] ．科技创新导报,2010(9)：55-56．

[2]周建宏,宁平,汤允．燃煤锅炉氨法烟气脱硫[J]．云南环境科学,2004,23(增刊I)：145-146．

[3]青波．双法兰差压变送器的常见故障分析处理[J]．科技资讯,2013(23)：110-111．

[4]杨方方．双法兰液位计膜片腐蚀问题的研究[J]．中国西部科技,2012,11(2)：16-18．

[5]李秀云．蒸发器液位测量技术探讨[J]．中国仪器仪表,2003(9)：40-41．

[6]何微馨．吹气式液位计的投运[J]．化工自动化及仪表,2002,29(2)：72-73．

[7]王美华,赵文达,官本诚 ．吹气法液位检测装置及应用[J] ．自动化仪表,2004,25(3)：31-33．

投稿日期：2014-03-24

Conversion of Evaporator Liquid Gauge in Desulfurization Device

Sun Lei
（Urumqi Chemical Fertilizer Plant,CNPC,Urumqi,Xinjiang 830019,China）

This paper provides a solution to the existing challenge of accurately measuring the liquid level of ammonium sulfate. Based on the traditional working status and process properties of evaporator liquid gauge in desulfurization device, this conversion solution transforms the original double-flange capillary-tube differential-pressure liquid gauge into a more sustainable device that increases the life span of the level transmitter, and guarantees both the accuracy and the steadiness of the device.

ammonium sulfate solution；evaporator；liquid level transmitter；vacuum

TH

A

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.024

孙磊，男，助理工程师。从事仪表维护、检维修、仪表项目改造工作5年。