淺析：浮筒液位計(jì)在尿素裝置的運(yùn)用故障分析及處理方案

?描?述：

通過對(duì)浮筒液位計(jì)原理的分析，針對(duì)浮筒測(cè)量介質(zhì)存在的易結(jié)晶堵塞的情況，提出了可行的解決方案，為國(guó)產(chǎn)化大化肥尿素解析水解系統(tǒng)液位準(zhǔn)確測(cè)量及相同情況下的液位測(cè)量提供了解決方案和理論依據(jù)。寧夏石化公司三化肥裝置是集團(tuán)公司在國(guó)內(nèi)首套采用自 主技術(shù)建設(shè)、工藝技術(shù)全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化、主要設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化 率達(dá)到95％以上、具有國(guó)際先進(jìn)水平的大型氮肥生產(chǎn)裝置。 加強(qiáng)技術(shù)改造和消除裝置運(yùn)行瓶頸的攻關(guān)，是公司三化肥裝 置負(fù)荷穩(wěn)步提高，生產(chǎn)安全平穩(wěn)的有力手段。裝置運(yùn)行以來， 解析水解系統(tǒng)、高壓合成系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備浮筒液位計(jì)出現(xiàn)假 指示現(xiàn)象，導(dǎo)致高壓合成系統(tǒng)不能保證尿素成品質(zhì)量，解析 水解系統(tǒng)循環(huán)排放環(huán)保指標(biāo)不合格。 高壓系統(tǒng)、解析水解系統(tǒng)解析塔、水解塔液位控制系統(tǒng) 采用浮筒液（界）位變送器（如圖1所 示）測(cè)量設(shè)備液位的變化，測(cè)量液體為含有尿液、氨水、甲 胺液等混合介質(zhì)。介質(zhì)特性具有黏稠、懸浮物、易結(jié)晶的特點(diǎn)，在工作溫度低于132.7℃下，測(cè)量介質(zhì)出現(xiàn)結(jié)晶狀態(tài)。

?????現(xiàn)場(chǎng)浮 筒液位計(jì)采用側(cè)連接方式，經(jīng)常性地出現(xiàn)連接法蘭被結(jié)晶物 堵塞的現(xiàn)象，嚴(yán)重狀況下出現(xiàn)浮筒液位計(jì)扭力管被結(jié)晶物粘 連傳感器無法正常工作的狀況。浮筒測(cè)量原理及存在問題的改進(jìn)方案SCDLC3000浮筒液（界）位變送器由浮筒測(cè)量室、測(cè)量機(jī)構(gòu)、浮筒組成，利用杠桿原理和測(cè)應(yīng)力的方法，通過 內(nèi)浮筒所受的浮力變化量，使扭力管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，使高精度的 傳感器獲取與物位變化一致的測(cè)量信號(hào)，再經(jīng)專用電路轉(zhuǎn)換 成4~20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。主要部件作用及其工作原理 ：杠桿的末端吊有內(nèi)筒，內(nèi) 筒隨介質(zhì)的浮力變化而升降，這個(gè)浮力作用在杠桿上，杠桿 在浮力的作用下，帶動(dòng)與傳力芯軸相連接的扭桿轉(zhuǎn)動(dòng)，扭桿 的一端壓迫稱重傳感器產(chǎn)生微小的形變，傳感器將形變位移 量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)處理及轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成4~20mA 標(biāo) 準(zhǔn)信號(hào)輸出，即完成變換過程。

????從浮筒液位計(jì)的工作原理（圖2）得知，其正常工作條件 必須在浮子安裝完好的情況下，扭力管組件、杠桿組件對(duì)矢 量角變化的傳輸準(zhǔn)確，要求浮子位移的變化能正常穩(wěn)定地反 映到電子線路組組件。

1.1 原因分析尿素裝置高壓合成和解析水解系統(tǒng)介質(zhì)為尿液、氨水、 甲胺液，尿液的熔點(diǎn)及凝固點(diǎn)為132.7℃，界區(qū)浮筒液位計(jì)安 裝形式采用側(cè)安裝，氣、液相安裝截止閥，閥門開度小或者 卡澀，尿液結(jié)晶物堵塞，引發(fā)液位計(jì)不能反映實(shí)際液位的變化。 如圖3所示采用對(duì)引壓閥加伴熱管線的措施，防止被測(cè)介質(zhì)在 截止閥處結(jié)晶堵塞閥門。2019年4月，是三化肥裝置建成投產(chǎn)階段，裝置運(yùn)行以來， 解析水解系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，系統(tǒng)的循環(huán)、環(huán)保排放指標(biāo)達(dá)不到 標(biāo)準(zhǔn)，尤其解析塔、水解塔液位控制 LIC3802A/B、LIC3803A/B、 LIC3805A/B 浮筒液位計(jì)出現(xiàn)實(shí)際液位有變化，但指示偏高、 偏低或指示不跟蹤的問題，嚴(yán)重影響解析水解系統(tǒng)工藝的操 作，雖然經(jīng)過的液位計(jì)測(cè)量范圍的標(biāo)定、截止閥伴熱管線的 安裝、浮筒的定期沖洗等措施，穩(wěn)定運(yùn)行周期短，從根本上 沒有解決故障原因。

????高壓系統(tǒng) LT3203A/B 液位有顯示，但不跟蹤，對(duì)浮筒排 放作業(yè)過程中，發(fā)現(xiàn)液位計(jì)浮筒內(nèi)結(jié)晶物沉積硬化，浮筒掛壁物嚴(yán)重。采用定期沖洗措施，基本保證了液位計(jì)能夠滿足 生產(chǎn)需要。在對(duì) LT3203A/B 浮筒沖洗、截止閥疏通作業(yè)完成儀表投 運(yùn)后，液位計(jì)有指示但無變化。在將浮筒扭力管保護(hù)腔密封堵頭拆卸檢查，扭力管腔室有尿液結(jié)晶物沉積，杠桿組件、 扭力管被結(jié)晶物卡澀，無法傳輸液位變化產(chǎn)生的矢量角位移 變化。

???在截止閥疏通、浮筒沖洗后無卡澀，工藝介質(zhì)密度、工 作溫度、壓力無較大變化，液位計(jì)測(cè)量范圍參數(shù)組態(tài)無偏差、 電子組件完好的狀態(tài)下，引起測(cè)量誤差的原因只有杠桿傳輸 組件因素所致，杠桿組件的扭力管、傳力芯軸正常工作是保 證液位計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵。1.2 方案實(shí)施從SC DLC3000浮筒液（界）位變送器結(jié)構(gòu)（圖4）可知， 液位的變化改變浮筒浮力變化使浮筒產(chǎn)生位移，位移的矢量角變化經(jīng)過杠桿、扭力管傳輸?shù)絺鞲衅?。浮筒掛鉤與杠桿連接， 杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸與扭力管在保護(hù)管中與液體的氣相直接相通，保護(hù)管腔室的工藝氣通過柔性石墨密封件與傳感器隔離。

2019年4月，是三化肥裝置建成投產(chǎn)階段，裝置運(yùn)行以來， 解析水解系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，系統(tǒng)的循環(huán)、環(huán)保排放指標(biāo)達(dá)不到 標(biāo)準(zhǔn)，尤其解析塔、水解塔液位控制 LIC3802A/B、LIC3803A/B、 LIC3805A/B 浮筒液位計(jì)出現(xiàn)實(shí)際液位有變化，但指示偏高、 偏低或指示不跟蹤的問題，嚴(yán)重影響解析水解系統(tǒng)工藝的操 作，雖然經(jīng)過的液位計(jì)測(cè)量范圍的標(biāo)定、截止閥伴熱管線的 安裝、浮筒的定期沖洗等措施，穩(wěn)定運(yùn)行周期短，從根本上 沒有解決故障原因。高壓系統(tǒng) LT3203A/B 液位有顯示，但不跟蹤，對(duì)浮筒排 放作業(yè)過程中，發(fā)現(xiàn)液位計(jì)浮筒內(nèi)結(jié)晶物沉積硬化，浮筒掛壁物嚴(yán)重。

?????采用定期沖洗措施，基本保證了液位計(jì)能夠滿足 生產(chǎn)需要。在對(duì) LT3203A/B 浮筒沖洗、截止閥疏通作業(yè)完成儀表投 運(yùn)后，液位計(jì)有指示但無變化。在將浮筒扭力管保護(hù)腔密封堵頭拆卸檢查，扭力管腔室有尿液結(jié)晶物沉積，杠桿組件、 扭力管被結(jié)晶物卡澀，無法傳輸液位變化產(chǎn)生的矢量角位移 變化。

????在截止閥疏通、浮筒沖洗后無卡澀，工藝介質(zhì)密度、工 作溫度、壓力無較大變化，液位計(jì)測(cè)量范圍參數(shù)組態(tài)無偏差、 電子組件完好的狀態(tài)下，引起測(cè)量誤差的原因只有杠桿傳輸 組件因素所致，杠桿組件的扭力管、傳力芯軸正常工作是保 證液位計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵。1.2 方案實(shí)施從SC DLC3000浮筒液（界）位變送器結(jié)構(gòu)（圖4）可知， 液位的變化改變浮筒浮力變化使浮筒產(chǎn)生位移，位移的矢量角變化經(jīng)過杠桿、扭力管傳輸?shù)絺鞲衅鳌?/p>

????浮筒掛鉤與杠桿連接， 杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸與扭力管在保護(hù)管中與液體的氣相直接相通，保護(hù)管腔室的工藝氣通過柔性石墨密封件與傳感器隔離。

依據(jù)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸與扭力管在保護(hù)管中與液體的氣相直接 相通的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，浮筒液位計(jì)扭力管保護(hù)管具有密封堵頭的 便利條件，在保護(hù)管密封堵頭處引用0.4MPa 蒸汽（圖5箭頭 處所示），對(duì)扭力管保護(hù)腔室進(jìn)入的工藝氣液介質(zhì)蒸汽加熱， 防止尿液、甲胺液在杠桿、扭力管產(chǎn)生結(jié)晶物。杠桿組件與 傳感器之間采用的柔性石墨密封件具有耐高溫的特點(diǎn)，引用 蒸汽吹掃加熱扭力管保護(hù)腔室，并不影響傳感器等電子組件 的正常工作。吹掃蒸汽進(jìn)入浮筒后肯定會(huì)對(duì)其指示產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其 指示發(fā)生變化、偏高。

?????所以在吹掃蒸汽管線上加裝一臺(tái)針閥 來控制蒸汽的流量，當(dāng)閥門打開后吹掃蒸汽的流量是恒定的。 在表不投用的情況下觀察其零點(diǎn)變化，對(duì)照后對(duì)其零點(diǎn)進(jìn)行 相應(yīng)的修正，以實(shí)現(xiàn)浮筒更準(zhǔn)確地指示（圖6）。

         2 技術(shù)改造效果高壓合成、解析水解系統(tǒng)浮筒液位計(jì)介質(zhì)結(jié)晶引發(fā)液位誤 指示影響尿素產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保排放指標(biāo)。通過技術(shù)改造，為 公司三化肥裝置后續(xù)工段的順利試車創(chuàng)造了條件，同時(shí)，提 高了尿素產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，降低了尿素 Bi（縮二脲）含量控制 指標(biāo)，降低了對(duì)設(shè)備腐蝕的潛在危害。LT3203A/B 浮筒液位計(jì)的技改成功，對(duì)尿素裝置同類型 儀表的維護(hù)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)尿素易結(jié)晶的同類型液位計(jì) 進(jìn)行了相同的技術(shù)改造，消除三化肥后續(xù)生產(chǎn)中同類型儀表 故障的發(fā)生。3 結(jié)語1）通過對(duì) FISHER DLC3000浮筒液（界）位變送器測(cè)量 方法的技術(shù)改造，拓展了分析疑難問題的思路，對(duì)同類型液位計(jì)的檢維修提供了參考和技術(shù)依據(jù) ； 2）為黏稠、易結(jié)晶介質(zhì)的液位測(cè)量方法推廣運(yùn)用提供技 術(shù)支持。