煤液化装置界位计的改造

马明洋

（岳阳长炼机电工程技术有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209）

界位计广泛适用于石油化工、煤化工、制药等工业中，用于各种液体液位、分层界面或比重的连续测量，在工业生产中起着举足轻重的作用。随着科技的迅猛发展，在利用阿基米德原理测量的浮筒界位计和静压法测量的双法兰界位计的基础上，诞生了多种不同测量原理的新型界位计，正以其优越的性能慢慢登上了界位测量的历史舞台。

1 工艺概况

煤液化装置作为世界首套以煤粉、溶剂油、催化剂和氢气在高温高压下反应生成煤液化油的装置，整个工艺流程是把块煤磨成纳米级煤粉，再和催化剂、高温溶剂油混合配成油煤浆，在通过高压煤浆泵升压到18.5MPa送至油煤浆加热炉，加热到380℃，此时加热的油煤浆再和高温氢气混合一起送入悬浮床反应器进行反应，随着反应的进行会释放大量的热，反应完成后温度由380℃升到450℃，在通过各种阀门、空冷、分离罐等设备的减压、降温、分离最终提炼出煤液化油的过程。

2 界位计故障原因分析

图1 Fisher DLC3000智能浮筒界位计清理前后对比Fig.1 Comparison of Fisher DLC3000 smart buoy boundary gauge before and after cleaning

通过对工艺概况的介绍不难发现在整个流程中始终有煤粉的存在，在反应器进行的反应也不可能反应彻底，煤粉会随着介质扩散到装置的每个角落，另外在反应器生成煤液化油的同时，还发生着一个副反应，即催化剂中的硫酸化亚铁和向反应器加入的液硫在高温的环境下生成硫化亚铁，硫化亚铁在360℃～390℃之间生成率最大，而工艺要求的反应温度恰好在硫化亚铁生成率较高的温度区间，副反应生成的大量硫化亚铁也会像煤粉一样扩散到装置的各个角落，这些煤粉和和硫化亚铁会随着介质在流速相对较小或相对稳定的分离罐内沉积，沉积的过程中与油、煤粉、硫化亚铁混在一起形成垢污附着在设备表面或仪表设备表面。然而在煤液化装置内多数的油水分离罐全部采用浮筒测量，浮筒测量界位计的工作原理使用阿基米德定律及力平衡原理来测量界位，即浸在液体中的浮筒受到向下的重力，向上的浮力和扭力管回弹力的复合作用，当被测界位发生变化时浮力就会变化，浮力变化了原来的平衡就会被打破，为了再次达到平衡机械传动部件使扭力杆的扭力发生变化，扭力变化使扭力管产生转角，通过扭力管末端的磁感应元件感知磁场的变化来反应出界位的变化。因为新平衡的建立是靠扭力管扭力的变化来实现的，而传动扭力的机械传动部件和介质完全接触，存在于介质中的煤粉、硫化亚铁也会在这里沉积，久而久之机械传动部件活动受阻，自然而然界位测量就会受到影响。再加上界位测量的重介质为酸性水对各个机械部件长期腐蚀，使部件之间的活动间隙变大，扭力管的弹性系数下降，这些都会影响到界位的测量。图1为在检修期间对浮筒界位计拆检清洗前后对比，可以直观地看到因煤粉沉积导致传动部件活动受阻的情况。

3 新型界位测量仪表的选型[1,2]

造成界位测量不准的原因已经基本找到，接下来就是选一种界位测量能克服以上不利因素的影响，还能达到精确测量，改造的最初阶段用双法兰来测量界位，通过改造一台界位测量范围是1400mm，轻介质密度是870.26kg/m3，重介质密度是951kg/m3的浮筒，通过计算仪表的测量范围为-0.372KPa～0.696KPa，量程为1.068KPa。投入运行后界位波动很大，经过分析原因在于测量的差压量程太小，1.068KPa的量程外界的微小干扰就会使测量发生很大的变化，这还是1400mm的测量范围，还有600mm、800mm的测量范围测量会更加不稳定。

图2 变送器Fig.2 Transmitter

图3 探杆Fig.3 Sheath maerial

第二种界位测量仪表是导播雷达液位计，在装置中使用测量液位的较多，但是都有一个共性缺点，导播杆上容易挂料导致测量不准，时常需要拆检进行导播杆清理。同时还是考虑成本问题，罗斯蒙特5302系列导播雷达界位计价格昂贵，成本高。最终选择射频导纳的ARD-602和ARD-604系列产品，不但适用工况条件，而且成本低廉。

4 射频导纳界位计测量原理及构成

射频导纳是一种从电容式发展起来的、防挂料、更可靠、更准确、适用性更广的新型界位控制技术，是电容式物位技术的升级。所谓射频导纳，导纳的含义为电学中阻抗的倒数，它由电阻性成分、电容性成分、感性成分综合而成，而射频即高频无线电波谱，所以射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。仪表工作时，仪表的传感器与灌壁及被测介质形成导纳值，界位变化时，导纳值相应变化，电路单元将测量导纳值转换成界位信号输出，实现界位测量。

图4 现场安装方式Fig.4 Field installation

射频导纳液位计由探杆和变送器两部分组成，探杆的长度可根据现场的测量范围订做，探杆最里层为中心探杆也就是测量探杆，外层有屏蔽层防止环境变化引起干扰影响测量，绝缘层把中心探杆和屏蔽层包裹进行保护，同时还起到了防挂料的作用。探杆与变送器的连接处增加了3/4NPT的螺纹以便于和测量设备进行密封连接。图2变送器为ARD-602变送器，标定时采用机械旋钮调整方式，由零点粗调、零点微调、量程粗调、量程微调、两个测试孔（查看电流的变化）、阻尼调整几部分组成。目前随着技术的革新变送器ARD-602已经升级到了ARD-604，加入了液晶显示、按钮标定和HART协议等先进技术。

5 改造过程

每一次技术的改造都会涉及到成本的核算。煤液化装置界位测量仪表数目接近30台，而且安装方式都是旁通管安装，改造费用不可小觑，为了能用同样的改造经费尽可能多地改造仪表，减少维护人员的工作量，把原来浮筒的测量室稍作改动用作射频导纳的界位计的测量室，然后把原有的测量室的规格尺寸发给厂家，厂家只需要按原有测量室的规格尺寸制作变送器和探杆即可，这样不但节省了改造费用，还缩短了订货时间。目前由于改造资金的问题已完成改造的界位计9台，改造后界位计使用情况良好，故障率大大降低，后期的改造工作会逐年进行，直至完成。

6 射频导纳界位计的标定[3]

界位计的标定有两种方法：一种为使用电容测灰箱，这种方法一般出厂使用不做太多介绍；第二种方法用测量介质标定，在现场多用这种方法。因为在现场界位计有2种变送器，一种机械旋钮式标定（ARD-602），一种按钮标定（ARD-604）。

ARD-602变送器标定方法：首先要保证工艺操控条件下两种介质相对稳定，测量室内完全充满轻介质，把万用表打到mA挡插入测式孔，调整零点粗调和零点微调使电流输出4mA，再把测量室完全充满重介质调整量程粗调、量程微调直到电流输出20mA，投用仪表观察界位变化情况，有偏差在用以上办法重新标定即可。

图5 原浮筒的外筒尺寸Fig.5 Dimensions of the outer barrel of the original buoy

ARD-604的标定和ARD-602一样，只是省去了旋钮调整的繁琐过程，直接按键标定或HART通讯标定即可。

7 后期维护保养及相关注意事项

射频导纳界位计安装调试完成后，后期的维护保养相对简单，主要从以下几个方面进行：

1）装置检修结束，开工阶段工艺人员会反应界位测量不准，其实不准的原因是因为开工阶段介质成分和正常生产阶段的成分不同，使界位测量不准，要等介质相对稳定后就会正常。

2）装置运行一段时间后，要定期对测量室上下的两个取压线进行疏通，方法是关闭一个引压线对测量室的介质进行排放，这样另一个引压线的杂物就会被冲出，起到疏通的作用，如果长时间不排放，煤粉慢慢沉积会把引压线堵塞，使界位测量不准。

3）每年大修开工稳定后对其进行一次标定，标定方法上文已经介绍。

8 结束语

本文对技术改造的整体思路有进一步的了解，通过长时间的维护经验提出改造的理由，分析出造成这种故障的原因，以及如何改造才能消除现在故障而不会增加新的故障点，同时还要考虑改造费用的问题，最后是安装，调试、投用。只有这样一步一步地把各项措施落实到位，降低故障率，保证装置平稳生产，才是一项成功的技术改造。