浮筒液位计在尿素装置的运用故障分析及处理方案

邵金辉

（宁夏石化公司，宁夏银川 750001)

宁夏石化公司三化肥装置是集团公司在国内首套采用自主技术建设、工艺技术全部实现国产化、主要设备的国产化率达到95%以上、具有国际先进水平的大型氮肥生产装置。加强技术改造和消除装置运行瓶颈的攻关，是公司三化肥装置负荷稳步提高，生产安全平稳的有力手段。装置运行以来，解析水解系统、高压合成系统等关键设备浮筒液位计出现假指示现象，导致高压合成系统不能保证尿素成品质量，解析水解系统循环排放环保指标不合格。

高压系统、解析水解系统解析塔、水解塔液位控制系统采用FISHE DLC3000 系列浮筒液（界）位变送器（如图1所示）测量设备液位的变化，测量液体为含有尿液、氨水、甲胺液等混合介质。介质特性具有黏稠、悬浮物、易结晶的特点，在工作温度低于132.7℃下，测量介质出现结晶状态。现场浮筒液位计采用侧连接方式，经常性地出现连接法兰被结晶物堵塞的现象，严重状况下出现浮筒液位计扭力管被结晶物粘连传感器无法正常工作的状况。

1 浮筒测量原理及存在问题的改进方案

FISHER DLC3000浮筒液（界）位变送器由浮筒测量室、测量机构、浮筒组成，利用杠杆原理和测应力的方法，通过内浮筒所受的浮力变化量，使扭力管产生扭转，使高精度的传感器获取与物位变化一致的测量信号，再经专用电路转换成 4～20mA的标准信号输出。

主要部件作用及其工作原理：杠杆的末端吊有内筒，内筒随介质的浮力变化而升降，这个浮力作用在杠杆上，杠杆在浮力的作用下，带动与传力芯轴相连接的扭杆转动，扭杆的一端压迫称重传感器产生微小的形变，传感器将形变位移量转换成电信号，再经信号处理及转换电路转换成4～20mA标准信号输出，即完成变换过程。

从浮筒液位计的工作原理（图2）得知，其正常工作条件必须在浮子安装完好的情况下，扭力管组件、杠杆组件对矢量角变化的传输准确，要求浮子位移的变化能正常稳定地反映到电子线路组组件。

图2 浮筒液位计工作原理图

1.1 原因分析

尿素装置高压合成和解析水解系统介质为尿液、氨水、甲胺液，尿液的熔点及凝固点为132.7℃，界区浮筒液位计安装形式采用侧安装，气、液相安装截止阀，阀门开度小或者卡涩，尿液结晶物堵塞，引发液位计不能反映实际液位的变化。如图3所示采用对引压阀加伴热管线的措施，防止被测介质在截止阀处结晶堵塞阀门。

图3 现场引压阀加伴热管线

2019年4月，是三化肥装置建成投产阶段，装置运行以来，解析水解系统运行不稳定，系统的循环、环保排放指标达不到标准，尤其解析塔、水解塔液位控制LIC3802A/B、LIC3803A/B、LIC3805A/B 浮筒液位计出现实际液位有变化，但指示偏高、偏低或指示不跟踪的问题，严重影响解析水解系统工艺的操作，虽然经过的液位计测量范围的标定、截止阀伴热管线的安装、浮筒的定期冲洗等措施，稳定运行周期短，从根本上没有解决故障原因。

高压系统LT3203A/B液位有显示，但不跟踪，对浮筒排放作业过程中，发现液位计浮筒内结晶物沉积硬化，浮筒挂壁物严重。采用定期冲洗措施，基本保证了液位计能够满足生产需要。

在对 LT3203A/B浮筒冲洗、截止阀疏通作业完成仪表投运后，液位计有指示但无变化。在将浮筒扭力管保护腔密封堵头拆卸检查，扭力管腔室有尿液结晶物沉积，杠杆组件、扭力管被结晶物卡涩，无法传输液位变化产生的矢量角位移变化。

在截止阀疏通、浮筒冲洗后无卡涩，工艺介质密度、工作温度、压力无较大变化，液位计测量范围参数组态无偏差、电子组件完好的状态下，引起测量误差的原因只有杠杆传输组件因素所致，杠杆组件的扭力管、传力芯轴正常工作是保证液位计准确测量的关键。

1.2 方案实施

从FISHER DLC3000浮筒液（界）位变送器结构（图4）可知，液位的变化改变浮筒浮力变化使浮筒产生位移，位移的矢量角变化经过杠杆、扭力管传输到传感器。浮筒挂钩与杠杆连接，杠杆转动轴与扭力管在保护管中与液体的气相直接相通，保护管腔室的工艺气通过柔性石墨密封件与传感器隔离。

图4 FISHER 浮筒液位计结构图

依据杠杆转动轴与扭力管在保护管中与液体的气相直接相通的结构特点，浮筒液位计扭力管保护管具有密封堵头的便利条件，在保护管密封堵头处引用0.4MPa蒸汽（图5箭头处所示），对扭力管保护腔室进入的工艺气液介质蒸汽加热，防止尿液、甲胺液在杠杆、扭力管产生结晶物。杠杆组件与传感器之间采用的柔性石墨密封件具有耐高温的特点，引用蒸汽吹扫加热扭力管保护腔室，并不影响传感器等电子组件的正常工作。

图5 方案实施示意图

吹扫蒸汽进入浮筒后肯定会对其指示产生影响，导致其指示发生变化、偏高。所以在吹扫蒸汽管线上加装一台针阀来控制蒸汽的流量，当阀门打开后吹扫蒸汽的流量是恒定的。在表不投用的情况下观察其零点变化，对照后对其零点进行相应的修正，以实现浮筒更准确地指示（图6）。

图6 浮筒液位计加入吹扫蒸汽后的实际效果图

2 技术改造效果

高压合成、解析水解系统浮筒液位计介质结晶引发液位误指示影响尿素产品质量和环保排放指标。通过技术改造，为公司三化肥装置后续工段的顺利试车创造了条件，同时，提高了尿素产品质量指标，降低了尿素Bi（缩二脲）含量控制指标，降低了对设备腐蚀的潜在危害。

LT3203A/B浮筒液位计的技改成功，对尿素装置同类型仪表的维护积累了宝贵经验，对尿素易结晶的同类型液位计进行了相同的技术改造，消除三化肥后续生产中同类型仪表故障的发生。

3 结语

1）通过对FISHER DLC3000浮筒液（界）位变送器测量方法的技术改造，拓展了分析疑难问题的思路，对同类型液位计的检维修提供了参考和技术依据；

2）为黏稠、易结晶介质的液位测量方法推广运用提供技术支持。