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硝酸銨溶液貯罐液位測(cè)量中對(duì)于防爆型磁翻板液位計(jì)的選型
硝酸銨溶液是一種生產(chǎn)炸藥的原料,儲(chǔ)存要求較為嚴(yán)格,貯罐的液位測(cè)量為貯罐內(nèi)硝酸銨溶液的分層保溫、余料監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)投料提供了液位數(shù)據(jù)。由于硝酸銨澄澈具有腐蝕性和易結(jié)晶的特點(diǎn),如果經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的不保溫和不攪拌的情況,采用插入式壓力液位變送器則會(huì)產(chǎn)生在貯罐底的 嚴(yán)重結(jié)晶現(xiàn)象,隔離膜片也常常會(huì)被結(jié)晶體抱死,即便是后來(lái)長(zhǎng)時(shí)間的保溫仍未能正常工作,給生產(chǎn)監(jiān)控以及槽罐車的正常卸料造成了影響,在影響工藝生產(chǎn)的同時(shí)也大大增加了儀表的維護(hù)工作。。因此,筆者通過(guò)對(duì)現(xiàn)有液位測(cè)量技術(shù)的對(duì)比,尋找一種有效的硝酸銨溶液液位測(cè)量應(yīng)用方法,盡量減少因液位測(cè)量不真實(shí)而對(duì)硝酸銨溶液應(yīng)用系統(tǒng)造成的影響。針對(duì)這一問(wèn)題,通過(guò)對(duì)比幾種液位儀在硝酸銨溶液貯罐中的使用情況,總結(jié)出一種適合測(cè)量硝酸銨溶液貯罐液位的磁致伸縮式液位儀,并應(yīng)用于上杭新建硝酸銨溶液貯罐的液位測(cè)量。
1.1壓力變送式液位儀
常用的硝酸銨貯罐多采用壓力式液位變送器,它是一種直接測(cè)量液體壓力,通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出的液位變送器。
插人式變送器的壓力隔離膜片直接與被測(cè)
介質(zhì)接觸,連通入高壓室;低壓室壓力采用大氣壓或真空,作用在S元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上,通過(guò)隔離膜片和元件內(nèi)的填
充液傳送到測(cè)量膜片兩側(cè)。壓力式液位測(cè)量原理圖如圖1所示,當(dāng)貯罐內(nèi)有硝酸銨溶液時(shí),隔離膜片受其液面壓力,由變送器輸出電流信號(hào)。根據(jù)流體靜力學(xué)原理,換算出液位或物料重量信息。
優(yōu)點(diǎn):工業(yè)壓力式液位變送器的技術(shù)成熟,廣泛應(yīng)用于工藝領(lǐng)域。轉(zhuǎn)換精度高,通過(guò)隔離膜片,能測(cè)量較高溫度的液體。
缺點(diǎn):壓力式液位變送器因其測(cè)量原理,必須安裝在貯罐底部。一旦硝酸銨溶液的溫度下降,溶液C罐底部出現(xiàn)大量結(jié)晶。硝酸銨溶液結(jié)晶后,插人的隔離膜片被硝酸銨結(jié)晶包裹,受到結(jié)晶晶體的應(yīng)力,出現(xiàn)壓力超量程的情況,不能真實(shí)反映出硝酸銨貯罐的液位情況。同時(shí)硝酸銨溶液底部結(jié)晶不易溶化,為生產(chǎn)投料及安全控制帶來(lái)了不少的麻煩。
1.2磁性浮子液位儀
硝酸銨溶液生產(chǎn)企業(yè)里多數(shù)使用磁性浮子防爆型磁翻板液位計(jì),防爆型磁翻板液位計(jì)根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成,如圖2所示。
當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí),防爆型磁翻板液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降,浮子內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到磁翻柱指示器,驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°,當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色,當(dāng)液位下降
時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?,指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)際高度,從而實(shí)現(xiàn)液位清晰的指示。當(dāng)加上磁性行程開(kāi)關(guān)后,可轉(zhuǎn)換為位置量測(cè)量信號(hào),用以輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào),供控制系統(tǒng)使用。
優(yōu)點(diǎn):測(cè)量直接可觀,且價(jià)格便宜。
缺點(diǎn):安裝較復(fù)雜,需加裝連通管,上下法蘭面要求在同一垂直平面內(nèi),防爆型磁翻板液位計(jì)下端應(yīng)略高于罐體下法蘭口。應(yīng)用于硝酸銨貯罐,因磁翻轉(zhuǎn)防爆型磁翻板液位計(jì)需通過(guò)連通容器將被測(cè)介質(zhì)導(dǎo)引入,一旦硝酸銨溶液結(jié)
晶將不能導(dǎo)通測(cè)量室內(nèi)的液位。因此,不適用于硝酸銨溶液忙罐。
1.3超聲波液位儀
超聲波液位儀(見(jiàn)圖3)工作原理是由超聲波換能器(探頭)發(fā)出高頻脈沖聲波,遇到被測(cè)物位(物料)表面被反射折回,反射回波被換能器接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
聲波的傳播時(shí)間與聲波的發(fā)出到物體表面的距離成正比。聲波傳輸距離與聲速和聲傳輸時(shí)間的關(guān)系可用公式表亦:
S=c • T/2
(1)式中,s為聲波傳輸距離;c為聲速;r為聲波傳輸時(shí)間。
探頭部分發(fā)射出超聲波,然后被液面反射,探頭部分再接收,通過(guò)信號(hào)處理,超聲波變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)給控制系統(tǒng)。
優(yōu)點(diǎn):由于超聲波液位儀在測(cè)量物位時(shí),與被測(cè)介質(zhì)不接觸,同時(shí)為全密閉防腐結(jié)構(gòu),因此對(duì)于黏稠的、腐蝕性的、渾濁的等各種液體的液位測(cè)量,效果*佳。工作可靠,在惡劣的工作環(huán)境中仍能正常
使用。安裝簡(jiǎn)便,可在罐頂直接拆裝。使用周期長(zhǎng),免維護(hù)。
缺點(diǎn):由于溫度對(duì)聲速具有影響,所以測(cè)得的液位也受到溫度影響。并且硝酸銨溶液貯罐內(nèi)溫度較高,貯罐罐頂溫度低,硝酸銨受冷容易凝結(jié)在儀表的發(fā)射頭及接收頭處,影響儀表的正常測(cè)量。
1.4雷達(dá)液位儀
雷達(dá)液位儀與超聲波液位儀原理相似,是通過(guò)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量功能的一種新型的液位儀表。通過(guò)發(fā)射能量*低的*短微波脈沖信號(hào),配合天線系統(tǒng)對(duì)反射回信號(hào)的接收,實(shí)現(xiàn)判斷液面高度的目的。
缺點(diǎn):同樣因探頭安裝在貯罐頂部,容易被硝酸銨結(jié)晶包裹,影響儀表的正常測(cè)量。
1.5磁致伸縮液位儀
磁致伸縮液位儀(見(jiàn)圖4),是近十年來(lái)隨著單片機(jī)及復(fù)雜可編程邏輯器件技術(shù)發(fā)展而被廣泛使用的一
種高精度液位測(cè)量?jī)x表。其通過(guò)內(nèi)部非接觸式的測(cè)控技術(shù)精確地檢測(cè)活動(dòng)磁環(huán)的絕對(duì)位置來(lái)測(cè)量被檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際位移值的,且作為確定位置的活動(dòng)磁環(huán)和敏感元件并無(wú)直接接觸,因此可應(yīng)用在*惡劣的工業(yè)環(huán)境中,不易受油潰、溶液、塵?;蚱渌廴镜挠绊?。
磁致伸縮式液位儀是利用磁致伸縮原理,通過(guò)兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量位置的。測(cè)量元件是一根波導(dǎo)管,波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成。
測(cè)量過(guò)程是由測(cè)量頭中的脈沖發(fā)射電路不斷向波導(dǎo)管發(fā)射詢問(wèn)電流脈沖,該電流產(chǎn)生周向磁場(chǎng)并沿波導(dǎo)管傳播,與磁浮子形成的軸向磁場(chǎng)相交時(shí)矢量疊加,形成螺旋磁場(chǎng)。在該磁場(chǎng)作用下,波導(dǎo)管發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)而產(chǎn)生波導(dǎo)扭曲,該應(yīng)變波以超聲波速沿波導(dǎo)管向兩端傳播,當(dāng)傳回測(cè)量頭一端時(shí),基于逆磁致伸縮效應(yīng),通過(guò)回波接收線圈轉(zhuǎn)換為電脈沖。
由于電流以光速傳遞,從發(fā)射端到磁浮子之間電流傳遞時(shí)間可忽略不計(jì),因此測(cè)出發(fā)射電脈沖與返回應(yīng)變脈沖之間的時(shí)間間隔,即可得到浮子距檢測(cè)零點(diǎn)的距離fc,實(shí)現(xiàn)液位檢測(cè)。這個(gè)過(guò)程是連續(xù)不斷的,所以,每當(dāng)磁浮子隨液位移動(dòng)時(shí),新的液位就被檢測(cè)出來(lái),其防爆型磁翻板液位計(jì)算方法如下:
h = Tv (2)
H 二 L-Tv (3)
式中,好為液位;L為罐高;r為時(shí)差;〃為應(yīng)變波傳播速度。
缺點(diǎn):磁浮子的活動(dòng)阻力不應(yīng)過(guò)大,因此不能測(cè)量高黏度液體和泥漿;天線浸在被測(cè)液體或其飽和汽體中工作,不適用于有壓、自聚、有毒、高黏度液體的測(cè)量。浮子沿著波導(dǎo)管外的護(hù)導(dǎo)管上下移動(dòng),有時(shí)會(huì)被卡住。
優(yōu)點(diǎn):磁致伸縮式液位儀是通過(guò)移動(dòng)磁性浮球的位置來(lái)測(cè)量的,而磁性浮球始終處于液面的頂端。因
此,在硝酸鞍溶液貯罐的液位測(cè)量中,即使硝酸銨溶液因未加熱保溫出現(xiàn)結(jié)晶,其液面位置仍正確可靠。因此,將磁致伸縮式液位儀應(yīng)用于上杭分公司新建的硝酸銨溶液貯罐控制系統(tǒng)中。
2、液位測(cè)量?jī)x的選用
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有液位測(cè)量方法應(yīng)用于硝酸銨溶液的測(cè)量中存在的優(yōu)勢(shì)及弊端來(lái)分析,發(fā)現(xiàn)磁致伸縮式液位儀具有較突出的優(yōu)勢(shì),隔離了活動(dòng)元件與測(cè)量元件,能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,在硝酸銨溶液It罐控制系統(tǒng)中可以正常使用,能夠滿足預(yù)期的測(cè)量效果。
2.1磁致伸縮式液位儀的選用
上杭新建硝酸銨溶液貯罐控制系統(tǒng)的基本情況為:貯存易結(jié)晶,易腐蝕的濃溶液,溶液溫度在110 ~130T,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為91% ~93%。因此,在選用磁致伸縮式防爆型磁翻板液位計(jì)時(shí),除了需要考慮工作壓力、工作溫度、防爆、防腐等要求和所測(cè)量的液面變化范圍外,還要根據(jù)密度選擇合適的浮子規(guī)格、尺寸、材質(zhì)。筆者選用了美國(guó)的MTS液位傳感器。
2.2磁致伸縮傳感器的安裝
使用的硝酸銨溶液C罐為直徑4m、高4m的不鋼銹貯罐,在頂部開(kāi)口,以法蘭安裝MTS液位傳感器。其安裝示意圖如圖5所示。
硝酸銨溶液貯罐的液位信號(hào)加入了硝酸銨溶液應(yīng)用控制系統(tǒng)中,給控制系統(tǒng)的分層保溫、液位顯示、余料監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)投料提供了貯罐液位的數(shù)據(jù)。MTS液位傳感器自帶變送輸出,其與控制系統(tǒng)連接如圖6所示。
2.3磁致伸縮傳感器的調(diào)試、使用
MTS的磁致伸縮式液位儀為法蘭安裝,貯罐罐頂已留有預(yù)留孔。安裝時(shí),調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單,只需通過(guò)調(diào)試測(cè)量頭上的智能型儀表,標(biāo)定上、下限液位數(shù)據(jù)后即可。輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4 ~ 20mA通過(guò)隔離光柵直接與PLC的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連。
貯罐剛投入使用時(shí),出現(xiàn)液位指示有時(shí)不變,經(jīng)分析主要原因是浮子和測(cè)桿之間的間隙太小,硝酸銨溶液的密度較大,表面張力也較大,導(dǎo)致液面下降時(shí)浮子掛在桿子上。后與廠商聯(lián)系,通過(guò)更換較大內(nèi)徑的磁性浮球后,此現(xiàn)象消除,測(cè)量要求得到了滿足。
經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的使用情況追蹤,確定貯罐液位精密計(jì)量的精確度可達(dá)1mm,并且輸出信號(hào)穩(wěn)定,無(wú)誤檢測(cè)情況,為JC罐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了可靠的液位檢測(cè)。同時(shí)安裝簡(jiǎn)單、可靠性離、無(wú)需日常維護(hù)。需特別注意的是,因工業(yè)炸藥用硝酸銨溶液的密度較大(1.42g/cm3),具有腐蝕性,因此選擇了特殊結(jié)構(gòu)的界面浮子,以適用于硝酸銨溶液。
3、結(jié)論
上杭乳化新線硝酸銨溶液C罐防爆型磁翻板液位計(jì)的設(shè)計(jì)及實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明:磁致伸縮式液位儀用于測(cè)量易結(jié)晶的硝酸銨溶液是成功的。磁致伸縮式液位儀有效地將敏感元件與惡劣的工作狀況相分隔,保證了液位測(cè)量的高精度、高可靠性,且具有穩(wěn)定性好、溫度漂移小等優(yōu)點(diǎn)。其在液位檢測(cè)技術(shù)中的優(yōu)勢(shì),將促使它在化工應(yīng)用行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。