制盐蒸发设备液位测量

王天河

(中盐工程技术研究院有限公司,天津 300450)

1 前言

液位是制盐蒸发设备的重要控制参数,当液位过高,会降低蒸发强度,蒸发产生的二次蒸汽容易带走更多的卤水,使之后的二次蒸汽流经的管道设备加剧腐蚀,冷凝水含盐分增高;当液位过低,物料在加热管内沸腾,盐垢更容易生成,使堵管风险成倍增高,对整个生产过程造成严重的不良影响。只有把液面控制在一个合理的高度,才能使整个生产过程平稳,减少对设备的腐蚀,延长刷罐周期,减少能耗,提高经济指标。基于制盐蒸发设备液位的重要性,文章对国内新旧测量方法的优劣加以分析比较。

2 基于机器视觉液位监测系统

此液位监控系统是集视频监视、录像和视频分析技术为一体的机器视觉系统,在实时监视蒸发罐内运行状态(液位、沸腾和罐壁积垢状况等)的同时,采用专门研制的图像增强、识别和视频分析软件快速识别蒸发罐内液面并测量其相对高度,实现对制盐蒸发设备液位的测量。根据“图像采集+测量软件分析”相结合的设计思路,采用电子技术、传感器技术、计算机网络技术和图像分析技术为基础的工业电视设备,并将其构成一个完整的液位测量系统。实现机器视觉、智能测量和DCS控制相结合,以指导操作人员适时调整运行参数,确保蒸发罐运行于最佳工艺条件,实现提高产量、节能减排目的。

(1)工业视觉液位测量系统构成(图1)。

图1 基于工业视觉液位测量系统示意图

由四个基础部分构成:前置摄像、信号传输、控制/记录、显示及液位测量。

①前置摄像监测探头部分包含不锈钢316防护桶、摄像机及镜头、耐高温LED 灯以及散热装置等。

②信号传输部分设计为“光缆”传输形式,抗干扰性强,提高信号传输的稳定性。

③控制/记录部分主要是在控制室操作室内,针对本地控制、浏览存储图像、视频采集和软件运行的要求,选择合适的监控主机,以实现该监视单元控制与记录的双重功能。

④显示及液位测量部分主要包括显示器、大屏等显示单元、液位测量主机及配套的液位测量软件,通过视频采集卡采集现场罐内图像,通过分析软件实时显示罐内液位高度。

(2)工业视觉液位测量系统特点。

①罐式蒸发器/装置内的液位监测的可视化(实时画面+液位显示)。

②实时液位的监测/趋势分析/报警/记录。

③智能化软件系统,具备自学习能力,数据库实时更新。

④专业冷光源,内置式耐高温,在零照度环境也能获取清晰稳定的图像。

⑤防护装置采用防盐、防腐材料,适用范围广。

(3)工业视觉液位测量系统安装要求。

采用摄像设备与视镜法兰联接,插入视镜内安装。

①需提供冷却循环水系统,冷却循环水为常温,压力为0.3 MPa～0.4 MPa,流量为2 m3/h～3 m3/h;提供进、出水管至视镜处,并在进水管处配手阀。

②冲洗水为蒸发罐产生的冷凝水,冲洗水管置入防护罩内,在接入防护罩前配手阀。

(4)工业视觉液位测量系统优劣。

优点:该系统可以通过显示单元监测罐内蒸发情况以及罐壁的结垢情况,同时可根据被监视场所的图像通过测量分析软件测算出罐内液位高度并实时显示,使监控室的操作人员对罐内情况一目了然。

不足:该系统是一套独立的系统,不能和控制室内的DCS控制系统通讯,不能与控制阀进行液位高度的闭环控制,但随着该系统的不断升级,在不久的将来会实现此功能。

此系统在中盐云虹湖北制药股份有限公司年产5万t医用氯化钠MVR蒸发车间改造工程中得到了很好的应用,成为传统蒸发设备液位测量的很好补充,给生产操作人员带来极大的便利。

3 旁通管测量液位

(1)旁通管+导波雷达测量液位。

导波雷达液位计的技术优势:导波雷达液位计对液体、颗粒及浆料连续物位测量,测量不受介质变化、温度变化、惰性气体及蒸汽、粉尘、泡沫等的影响。其特点是通用性好、防挂料、准确可靠,不足之处是需要安装旁通管,额外增加成本,且占用安装空间不美观,并且测量液位范围受旁通管直管段及导波钢缆长度影响。安装方式见图2。

图2 导波雷达及磁浮子液位计安装示意图

(2)旁通管+磁浮子液位计测量液位。

磁浮子式液位计和旁通管形成连通器,保证旁通管与测量管体间的液位相等,当液位计测量管中的浮子随被测液位变化时,浮子中的磁性体与显示条上显示色标中的磁性体作用,使其翻转,红色表示有液,白色表示无液,以达到就地准确显示液位的目的。主要特点是就地显示直观准确,信号也可以远传到控制室显示,其不足之处也是需要安装旁通管,额外增加成本,占用安装空间且不美观,并且测量液位范围受旁通管直管段及磁浮子液位计安装长度影响,需要直接接触盐浆,磁浮子及法兰容易挂料结晶,需要经常维护。

4 差压法测量液位

(1)双法兰差压变送器测量液位。

双法兰差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器,输出标准信号(如4 mA～20 mA、0 V～5 V)。差压变送器与一般压力变送器不同的是它有2个压力接口, 差压变送器一般分为正压端和负压端,在测量蒸发设备时,负压室和汽相相连,正压室和液相相连,测量出来的压差即为液面高度产生的,从而根据压强公式△P=ρgh,可以间接计算出液面高度。

此方法安装简单,工作稳定耐用性强,得到广泛应用,但在应用中发现有两点不足之处,第一就是盐浆的密度只能做到相对稳定,不能随时检测,所有测出的液位高度有一定误差,次误差无法消除;第二就是液相接触盐浆的法兰膜片长期接触物料容易结晶,影响测量精度,但可以采用吹液法加以克服,在两个测量点法兰处通以同源的小流量冷凝水,起到隔离和冲洗的作用,大大减少了膜片结晶结垢,提高了测量的准确性。安装示意图见图3。

图3 双法兰差压液位变送器安装示意图

(2)三点压力法测量液位。

此方法也是基于差压法的测量原理,采用三台压力变送器,第一台压力变送器测量汽相压力P1,第二台和第三台压力变送器分别测量两个不同高度液相压力P2和P3,第二台与第三台压力变送器安装位置的高度差为h1,根据公式△P32=P3-P2=ρgh1,已知量g和h1,已测量△P32,盐浆密度ρ=△P32/gh1可求出。蒸发设备液面到第三台变送器的液位高度为h2,根据公式△P31=P3-P1=ρgh2,已知量重力加速度g,已测量△P31和ρ,则液位高度h2=△P31/ρg,以上测量计算过程都通过中控室DCS控制站自动采集计算处理。三台变送器安装方式见图4。

图4 三点压力法测量液位压力变送器安装示意图

此三点压力法测量蒸发罐液位,与上述传统的双法兰差压变送器测量蒸发罐液位具有明显优势。双法兰差压变送器测量中,当卤水的组成发生变化时,其密度ρ必然会发生变化,需要人工定时取样卤水进行测量才能得到一定时间的内的相对稳定值。这样一来,双法兰差压变送器测量方法中测的液位也是随ρ变化而变化产生一定的测量误差,而这种误差是无法消除的,除非能实时得到ρ实时的变化值,然而三点压力法测量蒸发罐液位的方法根据液相的两点压力差实时测量出准确的卤水密度ρ,再跟据汽相和液相的压力差准确测出蒸发罐液位随时变化的高度。由以上分析得出,三点压力法测量蒸发罐液位比传统的双法兰差压变送器测量蒸发罐液位精度更高,更能真实反映出蒸发罐的液位变化。

5 结束语

综上所述测量蒸发装置液位的主要方法,也是国内各蒸发制盐生产企业所采用的方法,每种测量方法都有各自的特点,优劣各有不同,三点压力测量液位的方法在新建和改造项目中将成为主流,基于工业视觉的蒸发设备液位测量的新方法随着不断改进提升也将会持续增加市场份额。