差压式液位变送器在大型氧化反应器液位测量中的应用方案

　　　 液位是石油化工生产过程中重点监控的四大过程参数之一。工艺设备内物料液位的测量是否真实准确，往往直接影响工艺生产，甚至关系到安全生产问题。氧化反应器是过氧化二异丙苯（DCP）生产工艺中至关重要的设备。因此，氧化反应器的液位监控显得尤为重要。如采用传统差压法测量氧化反应器的液位，通过计算分析发现：传统差压液位测量法的误差偏大，不能满足工艺要求。因此，设计中根据生产工艺的特点，选择恰当的液位测量方法对氧化反应器的液位进行准确测量，对DCP装置的生产显得尤为重要。该项目采用了差压式液位变送器对氧化反应器的液位进行测量。不但解决了测量精度问题，且安装、维护方便。  
　　
1 问题提出
　　位于浙江的某化工企业新建50 000 t/年DCP装置。其氧化工段为连续生产工艺，此工段内有四套大型氧化反应器，这四套氧化反应器相互串联。氧化反应器外形尺寸：直径：Ф2 800 mm，总高：26 320 mm。液位测量取压口间距：h2-h1=21 700 mm。氧化反应器操作压力：0.15～0.2 MPa（G）。如采用传统差压液位测量方法，其管路安装图如图1所示。


　　图1中：ρ1为氧化反应器内物料密度；ρ2为隔离液密度；H为氧化反应器内物料液位；h2-h1为液位测量取压口间距。
　　根据差压液位测量原理可得知，差压液位变送器正负室的压差ΔP应满足公式[1]：
　　ΔP=ρ1gH+ρ2gh1-ρ2gh2，ΔP=ρ1gH-（h2-h1）ρ2g （1）
　　由（1）式我们可清楚的发现，当ρ2不变时，对差压液位变送器做负迁移后[3]，差压液位变送器检测的压差ΔP将与氧化反应器内物料液位H成线性关系。对变送器做负迁移问题这里不再赘述。
　　由（1）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2g]/ρ1g （2）
　　由于该装置为户外装置，故隔离液的温度将难免受环境温度或伴热温度的影响。当隔离液温度发生变化后，即ρ2变化后，而变送器参数保持不变时，则由（1）式可知ΔP必然将发生变化，那么，氧化反应器液位指示值H也必然发生相应变化。液位测量由此产生误差。
　　现在我们假设在环境温度为25 ℃时将差压液位变送器校准好，氧化反应器内物料液位保持在H=7 m处，隔离液为水。物料密度ρ1=0.91 g/mL，25 ℃时ρ2=0.997 g/mL。那么，由（2）式得：H=[ΔP+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g （3）
　　式中ρ2（25）为25 ℃时隔离液密度。此时H为实际液位值。当隔离液温度升至35 ℃时，液位变送器参数不变，但ΔP将变为ΔP（35），ΔP（35）=ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g （4）
　　由此导出：H（35）=[ΔP（35）+（h2-h1）ρ2（25）g]/ ρ1g=[ρ1gH-（h2-h1）ρ2（35）g+（h2-h1）ρ2（25）g]/ρ1g= H-（ρ2（35）-ρ2（25））×（h2-h1）/ρ1 （5）
　　由（5）式得知：当隔离液温度升至35 ℃时，液位指示值H（35）比实际液位H增加了（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1。代入数值后，得知：当隔离液温度由25℃升至35℃后，液位测量误差为：ΔH（25）=（ρ2（25）-ρ2（35））×（h2-h1）/ρ1≈71.5 mm。此时测量值的相对误差为：ΔH（25）/H=71.5/7 000=0.010 2≈1%。氧化反应器内物料体积偏差：ΔV=π（D/2）2×ΔH（25）≈0.44 m3。由此可见，采用传统差压液位测量方法时，当隔离液温度变化时，其液位测量误差还是较大的。
　　由于该项目氧化反应器的液位测量取压口间距太大，h2-h1=21 700 mm，双法兰带毛细管差压液位变送器也无法适用。
　　2 解决方案
　　为解决氧化反应器的液位测量问题，通过多方比较，我们终采用了Rosemount 3051S/ERS差压式液位变送器系列。该系列变送器由2个3051S压力传感器构成。高压侧为主传感器，低压侧为副传感器。主、副传感器间采用CAN通讯协议通讯。通讯缆采用双绞屏蔽线即可，无需专用电缆。主传感器配有一专用计算模块，主传感器接收高压侧压力信号，并与副传感器传递过来的信号进行差压计算，然后将差压转换成4～20 mA模拟信号输出至控制系统进行监控。其安装方式见图2。


　　3 Rosemount 3051S/ERS差压式液位变送器方案的优点
　　（1）安装、维护方便。
　　此方案省去了传统差压液位测量方法中的引压管、隔离液等。减少了安装、维护的工作量，减少了安装材料费用。同时也避免了隔离液保温、伴热、泄漏等问题。
　　（2）响应快、精度高、稳定性好。
　　Rosemount 3051S/ERS的响应时间为0.5 s。根据Rosemount公司提供的数据，双法兰带毛细管差压液位变送器，当毛细管长度为10英尺时，其响应时间为2.5 s。3051S/ERS差压式液位变送器测量精度高且不受环境温度发生变化的影响。
　　（3）建立真正的零基准差压测量。
　　（4）减少了备品备件。
　　（5）Rosemount 3051S/ERS差压式液位变送器功能强。
　　3051S/ERS除了提供液位计算外，还可以提供每个压力传感器的测量值及物料体积测量值等。
　　4 结语
　　差压式液位变送器很好地解决了大型氧化器的液位测量问题。在石油化工设计中，常常会碰到大型容器、塔器的液位测量问题。尤其在环境恶劣地区，差压式液位变送器是一种较好的液位检测手段。另外，由于其安装方便，就设备改造项目而言，该方案也值得借鉴。

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