气体介入式液位计在聚酯生产中的应用

王　辉，吴朝祥，宋志平

(中国石化仪征化纤有限责任公司聚酯生产中心，江苏仪征　211900)



气体介入式液位计在聚酯生产中的应用

王辉，吴朝祥，宋志平

(中国石化仪征化纤有限责任公司聚酯生产中心，江苏仪征211900)

在聚酯生产过程中，反应釜的液位测量非常关键。聚酯反应釜的液位测量仪表种类较多，有浮筒液位计、法兰式液位计、放射性液位计等，测量方法各不相同，但均存在一些问题。本文介绍了气体介入式液位计在聚酯反应釜上的应用，讨论了应用中的经验。气体介入式液位计采用测量仪表不与被测介质接触的方式成功地解决了现有问题，在聚酯生产中具有较高的推广价值。

气体介入式液位计聚酯应用

某聚酯装置采用国产化五釜流程，将对苯二甲酸和乙二醇在催化剂的作用下，通过酯化和缩聚反应生成聚酯。第一酯化反应釜、第二酯化反应釜、第一缩聚反应釜、第二缩聚反应釜、终缩聚反应釜以及乙二醇罐等主要工艺设备的液位测量采用多种液位计测量液位，但是由于工艺生产的特殊性，目前使用的液位计存在一些问题。

浮筒液位计在实际使用过程中发现，浮子上容易结焦(负压情况尤为明显)，将聚合物依附在浮子上，造成液位测量值发生偏移，测量结果不准确。

法兰式液位计在负压下工作，一些制造上的微小瑕疵会被放大。例如法兰和毛细管填充液中的气泡在负压下会膨大，一些杂质如水分会汽化形成气泡，导致测量出现误差。

放射性液位计由于放射源具有一定的辐射，工厂在安装放射性液位计的设备周围均会用警戒线提醒，但是在日常检修时不免会受到一些辐射，危害人体健康。

由于以上几种液位计用于聚酯装置存在缺陷，技术人员不断改进，寻找一种经济、准确、安全的液位计用于聚酯反应器的液位测量，一种气体介入式液位计逐渐被应用到聚酯生产装置上。

1　气体介入式液位计的原理及特点

1.1气体介入式液位计的原理

气体介入式液位计(又称吹气式液位计)是静压式液位计的一种，它由吹气装置、过滤器减压阀、入口和出口压力表以及切换阀组装在一只面板上，并通过插入液体中的吹气管，在外加气压的作用下，在其下端产生连续不断的气泡，它所受到的反作用力与液压相等。空气吹气装置是一种差压传感器，它将液位的测量转化为差压的测量，故利用吹气式可测量液位、界面、密度等参数。它非常适用于有固体、颗粒的液体以及高粘度介质液位的测量，特别适用于放射线等危险场所中的应用。具体原理如图1所示。

图1　气体介入式变送器的工作原理图

洁净的压缩空气或氮气(根据实际工况需求决定)经过限流装置(稳压阀2、恒流装置3)后，微量均匀地送入吹气管1。当吹气管内空气压力高于吹气管下端到液面的液柱静压时，便由吹气管下端鼓泡而出。管内经限流装置补充的气量很小[1]。这样在变送器4上指示出来的吹气管内的压力基本等于液柱的静压力。如图2所示，分别测出差压△P12(对于Ⅰ、Ⅱ吹气管)和△P23(对于Ⅱ、Ⅲ吹气管)，即可相应的测得不同工况情况下的液体高度和液体密度。

图2　测量密闭容器内液位等参数

由此可以进一步演化，根据吹气管的不同组合，还可以测量被测液体的分界面、双密度、液位限报警等各种过程控制工艺参数，并可适用于敞口容器和密封容器。

该测量装置是非直接接触式液位仪表，其输出压力能够自动跟随吹气管出口压力的变化而变化，并保持输出气体流量稳定。气体介入式探头与气源、差压变送器、气体稳流控制单元等组成吹气测量系统，可对敞口的水、污水池口或闭口容器内液体液位、密度、分界面等变量进行测量，并可与其他单元组合仪表或工业控制计算机组成检测、记录、控制等工业自动化系统，对于高温、高真空、高粘度、强腐蚀性、易凝固、易结晶或含有悬浮颗粒聚合物高温熔体及核工业各类放射性料液等恶劣的测量条件下尤为适用，可测介质液位、密度、界面等多种变量。

1.2气体介入式液位计的特点

1.2.1全焊接一体化

与反应器相连部分仅有过程法兰、正负压测真空阀；易于在线维护，有真空旋塞阀及密封填料双重保障。

华安说，你跑后，欧阳橘红在保卫科反省了一个月，写了五万多字检讨。她怕过不了关，把思想深处点点滴滴的活思想都挖了出来。包括和雷志雄不和谐的性生活也和盘托出，把与你的关系上升到世界观的高度加以批判。在保卫科反省一个月后就接受群众批斗。批斗大会上，欧阳橘红胸前挂一串破鞋，两小时的批斗，她的眼睛都盯在自己的脚尖上，眼神不敢朝台下瞄。厂门前，有个大批判专栏，题目是《把欧阳橘红的腐朽思想批深批臭》。大批判办命令她，每天上班前二十分钟，站在批判栏前，把每一篇批臭她的文章，读二遍以上，不少于四十分钟。那时正是上班高峰，又是上班的必由之路，大家看猴似的，看她读批臭自己的文章。

1.2.2传感器

采用全抛光技术，喇叭口、梅花形出气头传感器；特殊的防堵捅针设计，保证非正常工况时气路的畅通；单向止逆可憋压，防止物料倒灌结料；完善的反吹系统可应对各种复杂的工况；抗扰挡板避免物料翻滚对气源影响；特殊三角支撑可耐各种搅拌和高粘度介质。

1.2.3变送装置

恒压恒流保证测量的可靠性与精度；同时可测量高温高真空等特殊工况；现场维护方便，无需任何工具可任意设定仪表参数。

2　气体介入式液位计使用注意事项

2.1安装及投运

气体介入式变送器安装时，气体介入式变送器的观察窗在目测时应能保持与地面垂直，以保证气体介入式变送器内部的浮子流量计与地面垂直，即浮子流量计的玻璃管不允许有明显的倾斜。[2]

气源接口用于气体介入式变送器与气源的连接，气体介入式变送器出厂时一般附带提供气源接头，气源接头与气体介入式变送器接头采用“O”形圈密封，NPT1/2阳螺纹连接(如图3所示)。气源引压管接头与气源接头(不锈钢1Cr18Ni9Ti)在现场用氩弧焊连接。

图3　气源接口安装示意图

焊接吹气管或气源管和导压管时，保证无泄漏；伴热系统上下法兰(常规为DN15PN25)遵循下进上出。气体介入式变送器安装完毕后，应进行整套系统现场检漏，以确保各接口的密封性。液位计投运后，还要做好防止浆料堵住气源管的措施。[3]带伴热系统吹气液位计安装完毕后，需用热媒或蒸汽保压运行24 h，以确保整套伴热系统在高温状态下不泄漏。

2.2各参数设置[4]

气源压力≥0.3 MPa。

减压阀输出压力：0.2 MPa。

吹气流量：微流量转子流量计常用单位为2 L/min(推荐流量，也可根据工况需要调至合适的吹气流量)。

3　气体介入式液位计应用情况

3.1酯化反应器中的应用

第一酯化反应器为压力容器，在改造重新设计开孔必须根据《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG R0004-2009，压力容器改造需经过原设计单位或者具备相应资格的设计单位同意，且施工过程必须经过具有相应资格的特种设备检验检测机构进行监督检验方可进行压力容器改造。

第二酯化反应器为正压反应器，带机械搅拌，反应器温度通过夹套热媒加热和保温控制。对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应，反应器的液位决定了酯化反应的停留时间，所以液位测量的准确性非常重要。第二酯化反应器为立式反应器，端盖上预留短管法兰，高低压吹气管、连接法兰、密封球阀、差压变送器和捅针一体化设计，通过法兰和反应器上预留法兰连接，在反应器内壁设计支撑环给吹气管作支撑，防止吹气管受搅拌影响摇晃。由于非正常情况下停车物料会堆积在吹气式液位计的吹气管线上，因此防止堵料是在该反应器使用好吹气式液位计的关键。一体化吹气式液位计吹气管带夹套管，夹套管填充热媒，保证吹气管进物料后液体处于流动状态防止堵料，即使在非正常停车无法提供热媒流通而发生堵料，再恢复正常，热媒管流通时也能把凝固的物料加热融化，吹气式液位计仍能正常使用，除此以外一体化吹气式液位计还设计了捅针，正常时捅针全部拔出，堵料时打开密封球阀后用捅针对吹气管线进行疏通。

聚酯第一、第二酯化反应器原设计均为浮筒及双法兰作为反应器的液位计，浮筒液位计使用过程中常发生浮子结焦挂料的现象，浮子挂料后重量改变，导致液位出现波动，液位控制不稳。某企业建设时根据各方调研和技术评估，首次使用了气体介入式液位计作为第一、第二酯化反应器的液位计，这也是气体介入式液位计首次在某企业聚酯装置的应用。该项目于2012年10月开车至今，吹气式液位计使用稳定。

3.2预缩聚反应器中的应用

预缩聚反应器为负压反应器，真空度较高，温度通过夹套热媒加热和保温控制。在缩聚反应器中发生缩聚反应，增加物料的聚合度，可以提高物料的黏度，决定物料最终黏度的关键参数包括反应器的温度、压力和液位，其中液位决定物料在反应器中的停留时间，从而决定了聚合度。预缩聚反应器为卧式圆盘反应器，圆盘间的距离非常近，反应器内部结构非常复杂，不宜采用接触式液位测量方法，传统的液位测量为γ射线液位计，具有放射性职业危害。吹气式液位计的高压侧吹气管线采用侧插，在反应器釜壁设计支撑环支撑吹气管，反应器圆盘特别给吹气管留出空间防止在圆盘转动时发生碰撞。为防止高压侧吹气管堵料，设计了捅针，空间不足时在上层楼板开孔。在预缩聚反应器上设计吹气式液位计，所有的吹气管密封球阀、差压变送器和捅针等的密封非常关键，吹气管等都需要采用焊接方式进行连接，采用真空球阀，所有的连接件在投入使用前都需要进行泄漏测试，严防有泄漏点。

3.3终缩聚反应器中的应用

目前部分企业聚酯终缩釜上使用的液位计为放射性液位计，此类仪表成本高，使用维护不方便，射线对人体危害性大，放射性同位素存在一个半衰期，需定期更换放射源。

随着介入式液位计的推广，在新建聚酯生产线的终缩聚反应釜上直接使用介入式液位计替代放射性液位计，从而降低投入及维修费用，并可以为员工提供一个更加安全健康的工作环境。

现有老生产线上的终缩聚反应釜考虑改造，在反应器的侧面开口安装介入式液位计。其设计要求及安装方式与预缩聚反应器基本相同，某企业终缩聚反应器上中的介入式液位计指示趋势与放射性液位计对比，如图4所示。

图4　某装置终缩聚反应器液位趋势对比图

4　存在问题及解决方案

4.1密封保护

气体介入式变送器外部各接口中“O”形密封圈的损坏会影响系统的气密性，因此每次拆卸外部接口后，最好更换“O”形密封圈。[3]

4.2传感器堵塞处理

在使用过程中，万一发现传感器出现堵塞现象，先进行伴热加热，再对吹扫气体加压并且加大流量。

4.3液位指示下降处理

某新建项目第一酯化反应釜的液位计开车运行一段时间比较稳定，但在运行一年后出现液位偏低且逐渐下降的现象。

检查现场气源及浮子流量计均正常，分析出现的现象，液位偏低说明差压变小，原因可能为正压侧吹气管泄漏或者负压侧吹气管堵塞，造成差压降低。检查正压侧吹气管发现无泄漏；液位计正压侧为外径Φ32的吹气管，负压侧为外径Φ9.53的吹气管，负压侧的吹气管管径较小，第一酯化反应生成的低聚物较多，且反应釜内为微正压，可能存在低聚物粘附在Φ9.53吹气管内壁上，负压侧吹气管堵塞的可能性较大，将负压侧吹气管从截止阀后方脱开，利用反应釜内的正压吹通引压管，吹扫过后液位计恢复正常，说明液位波动的原因为液位计负压侧的吹气管略微堵塞。

5　结　语

气体介入式液位计采用测量仪表不与被测介质接触的方式，用常规技术解决了高粘性高温聚酯熔体的液位测量，在聚酯生产装置上试用成功，是代替放射性液位计目前较好的方法和技术，具有较高的推广价值。

[1]王美华，赵文达，官本诚．吹气法液位测量装置及其应用[J]．自动化仪表，2004，3：31-34．

[2]何薇馨．吹气式液位计的投运[J]．化工自动化及仪表,2002，2：73-74．

[3]范丰海，范金保，牟利敏．吹气式液位计及其防堵措施[J]．计量技术,1999，9：48-49．

[4]朱家鹏，郭玉玲．吹气压力式水位计的研制[J]．水电站机电技术,1991，2:21-23．

吉林石化自主研发高密度聚乙烯管件料

7月11日吉林石化公司自主研发的年30万吨高密度聚乙烯装置成功试生产出第一批30余吨管件料实验性新产品。经测试，这批管件料的加工性能和产品性能均优于进口料，为聚烯烃产品实现国产化、差异化迈出了重要一步。

高密度聚乙烯管件料新产品具有牢度强、密封性好、连接方便、拆卸容易、便于回收和美观实用等诸多优点，除了能连接聚乙烯(PE)给水管、燃气管外，还可用于硬聚氯乙烯(UPVC)、钢管等连接，应用范围广泛。

今年年初以来，吉林石化抓住国际原油价格低位运行、生产成本降低和聚乙烯产品市场大幅回暖等机遇，研究拓宽高密度聚乙烯装置的产品应用领域，推动专用料新产品开发工作。新产品研发小组抓住注塑成型加工管件料特点，确定产品性能参数、成品指标，制定工业化试验方案，摸索工艺参数，确定了3种关键特性指标，生产出熔融指数有阶梯层次的管件料实验性新产品共计30余吨。

5月6日，吉林石化委托吉林市松江塑料管道设备有限责任公司完成了第一批管件料实验性新产品测试。用户评价：模具充盈效果好，后形变量小，外观光滑，水纹量小，光洁度高，静液压强度达标，样品一次成型，不需要二次加工，产品性能和加工性能均优于进口料。

(张杰)

Application of gas-intervention liquidometer on polyester production

Wang Hui，Wu Chaoxiang，Song Zhiping

(PETProductionCenterofSinopecYizhengChemicalFibreL.L.C.,JiangsuYizheng211900,China)

In the polyester production process, the liquid level measurement of the reactor is very important . There are many kinds of polyester reactor liquid level measuring meters, such as float liquid level meter, flange-type liquid level gauge, radioactive level gauge etc. The measurement methods were not identical, but also indicate their own shortcomings which were difficult to solve. This paper introduced the application of gas-intervention liquid meter of the reactors chemical fiber factory. And also other polyester manufacturers could share experience during the application. Gas-intervention liquidometer did not contacted with measured medium, and also solved all kinds of difficulties. Thus it had an advantage in the polyester production.

gas-intervention liquidometer; polyester； application

2016-06-29

王辉(1984-)，江苏仪征人，工程师，主要从事化工自动化管理工作。

TH7

B

1006-334X(2016)03-0029-04