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    硝酸銨溶液貯罐液位測量中對于防爆型磁翻板液位計的選型

    發布時間:2021-01-22 16:52:30??點擊次數:480次

    硝酸銨溶液是一種生產炸藥的原料,儲存要求較為嚴格,貯罐的液位測量為貯罐內硝酸銨溶液的分層保溫、余料監測、生產投料提供了液位數據。由于硝酸銨澄澈具有腐蝕性和易結晶的特點,如果經過長時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產生在貯罐底的 嚴重結晶現象,隔離膜片也常常會被結晶體抱死,即便是后來長時間的保溫仍未能正常工作,給生產監控以及槽罐車的正常卸料造成了影響,在影響工藝生產的同時也大大增加了儀表的維護工作。。因此,筆者通過對現有液位測量技術的對比,尋找一種有效的硝酸銨溶液液位測量應用方法,盡量減少因液位測量不真實而對硝酸銨溶液應用系統造成的影響。針對這一問題,通過對比幾種液位儀在硝酸銨溶液貯罐中的使用情況,總結出一種適合測量硝酸銨溶液貯罐液位的磁致伸縮式液位儀,并應用于上杭新建硝酸銨溶液貯罐的液位測量。
    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,它是一種直接測量液體壓力,通過信號轉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
    介質接觸,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)的兩側隔離膜片上,通過隔離膜片和元件內的填
    充液傳送到測量膜片兩側。壓力式液位測量原理圖如圖1所示,當貯罐內有硝酸銨溶液時,隔離膜片受其液面壓力,由變送器輸出電流信號。根據流體靜力學原理,換算出液位或物料重量信息。
    優點:工業壓力式液位變送器的技術成熟,廣泛應用于工藝領域。轉換精度高,通過隔離膜片,能測量較高溫度的液體。
    缺點:壓力式液位變送器因其測量原理,必須安裝在貯罐底部。一旦硝酸銨溶液的溫度下降,溶液C罐底部出現大量結晶。硝酸銨溶液結晶后,插人的隔離膜片被硝酸銨結晶包裹,受到結晶晶體的應力,出現壓力超量程的情況,不能真實反映出硝酸銨貯罐的液位情況。同時硝酸銨溶液底部結晶不易溶化,為生產投料及安全控制帶來了不少的麻煩。
    1.2磁性浮子液位儀
    硝酸銨溶液生產企業里多數使用磁性浮子防爆型磁翻板液位計,防爆型磁翻板液位計根據浮力原理和磁性耦合作用研制而成,如圖2所示。

    當被測容器中的液位升降時,防爆型磁翻板液位計本體管中的磁性浮子也隨之升降,浮子內的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器,驅動紅、白翻柱翻轉180°,當液位上升時翻柱由白色轉變為紅色,當液位下降
    時翻柱由紅色轉變為白色,指示器的紅白交界處為容器內部液位的實際高度,從而實現液位清晰的指示。當加上磁性行程開關后,可轉換為位置量測量信號,用以輸出標準電信號,供控制系統使用。
    優點:測量直接可觀,且價格便宜。
    缺點:安裝較復雜,需加裝連通管,上下法蘭面要求在同一垂直平面內,防爆型磁翻板液位計下端應略高于罐體下法蘭口。應用于硝酸銨貯罐,因磁翻轉防爆型磁翻板液位計需通過連通容器將被測介質導引入,一旦硝酸銨溶液結
    晶將不能導通測量室內的液位。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(見圖3)工作原理是由超聲波換能器(探頭)發出高頻脈沖聲波,遇到被測物位(物料)表面被反射折回,反射回波被換能器接收轉換成電信號。
    聲波的傳播時間與聲波的發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間的關系可用公式表亦:
    S=c • T/2
    (1)式中,s為聲波傳輸距離;c為聲速;r為聲波傳輸時間。
    探頭部分發射出超聲波,然后被液面反射,探頭部分再接收,通過信號處理,超聲波變送器輸出標準電信號給控制系統。
    優點:由于超聲波液位儀在測量物位時,與被測介質不接觸,同時為全密閉防腐結構,因此對于黏稠的、腐蝕性的、渾濁的等各種液體的液位測量,效果最佳。工作可靠,在惡劣的工作環境中仍能正常
    使用。安裝簡便,可在罐頂直接拆裝。使用周期長,免維護。
    缺點:由于溫度對聲速具有影響,所以測得的液位也受到溫度影響。并且硝酸銨溶液貯罐內溫度較高,貯罐罐頂溫度低,硝酸銨受冷容易凝結在儀表的發射頭及接收頭處,影響儀表的正常測量。

    1.4雷達液位儀
    雷達液位儀與超聲波液位儀原理相似,是通過雷達技術的應用來實現液位測量功能的一種新型的液位儀表。通過發射能量極低的極短微波脈沖信號,配合天線系統對反射回信號的接收,實現判斷液面高度的目的。
    缺點:同樣因探頭安裝在貯罐頂部,容易被硝酸銨結晶包裹,影響儀表的正常測量。
    1.5磁致伸縮液位儀
    磁致伸縮液位儀(見圖4),是近十年來隨著單片機及復雜可編程邏輯器件技術發展而被廣泛使用的一
    種高精度液位測量儀表。其通過內部非接觸式的測控技術精確地檢測活動磁環的絕對位置來測量被檢測產品的實際位移值的,且作為確定位置的活動磁環和敏感元件并無直接接觸,因此可應用在極惡劣的工業環境中,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,通過兩個不同磁場相交產生一個應變脈沖信號來準確地測量位置的。測量元件是一根波導管,波導管內的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成。
    測量過程是由測量頭中的脈沖發射電路不斷向波導管發射詢問電流脈沖,該電流產生周向磁場并沿波導管傳播,與磁浮子形成的軸向磁場相交時矢量疊加,形成螺旋磁場。在該磁場作用下,波導管發生磁致伸縮效應而產生波導扭曲,該應變波以超聲波速沿波導管向兩端傳播,當傳回測量頭一端時,基于逆磁致伸縮效應,通過回波接收線圈轉換為電脈沖。
    由于電流以光速傳遞,從發射端到磁浮子之間電流傳遞時間可忽略不計,因此測出發射電脈沖與返回應變脈沖之間的時間間隔,即可得到浮子距檢測零點的距離fc,實現液位檢測。這個過程是連續不斷的,所以,每當磁浮子隨液位移動時,新的液位就被檢測出來,其防爆型磁翻板液位計算方法如下:
    h = Tv (2)
    H 二 L-Tv (3)
    式中,好為液位;L為罐高;r為時差;〃為應變波傳播速度。
    缺點:磁浮子的活動阻力不應過大,因此不能測量高黏度液體和泥漿;天線浸在被測液體或其飽和汽體中工作,不適用于有壓、自聚、有毒、高黏度液體的測量。浮子沿著波導管外的護導管上下移動,有時會被卡住。
    優點:磁致伸縮式液位儀是通過移動磁性浮球的位置來測量的,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量中,即使硝酸銨溶液因未加熱保溫出現結晶,其液面位置仍正確可靠。因此,將磁致伸縮式液位儀應用于上杭分公司新建的硝酸銨溶液貯罐控制系統中。
    2、液位測量儀的選用
    通過對現有液位測量方法應用于硝酸銨溶液的測量中存在的優勢及弊端來分析,發現磁致伸縮式液位儀具有較突出的優勢,隔離了活動元件與測量元件,能適應惡劣的工作環境,在硝酸銨溶液It罐控制系統中可以正常使用,能夠滿足預期的測量效果。
    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的基本情況為:貯存易結晶,易腐蝕的濃溶液,溶液溫度在110 ~130T,質量分數為91% ~93%。因此,在選用磁致伸縮式防爆型磁翻板液位計時,除了需要考慮工作壓力、工作溫度、防爆、防腐等要求和所測量的液面變化范圍外,還要根據密度選擇合適的浮子規格、尺寸、材質。筆者選用了美國的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加入了硝酸銨溶液應用控制系統中,給控制系統的分層保溫、液位顯示、余料監測、生產投料提供了貯罐液位的數據。MTS液位傳感器自帶變送輸出,其與控制系統連接如圖6所示。
    2.3磁致伸縮傳感器的調試、使用
    MTS的磁致伸縮式液位儀為法蘭安裝,貯罐罐頂已留有預留孔。安裝時,調試過程簡單,只需通過調試測量頭上的智能型儀表,標定上、下限液位數據后即可。輸出的標準信號4 ~ 20mA通過隔離光柵直接與PLC的模數轉換模塊相連。
    貯罐剛投入使用時,出現液位指示有時不變,經分析主要原因是浮子和測桿之間的間隙太小,硝酸銨溶液的密度較大,表面張力也較大,導致液面下降時浮子掛在桿子上。后與廠商聯系,通過更換較大內徑的磁性浮球后,此現象消除,測量要求得到了滿足。
    經過近三個月的使用情況追蹤,確定貯罐液位精密計量的精確度可達1mm,并且輸出信號穩定,無誤檢測情況,為JC罐控制系統的穩定運行帶來了可靠的液位檢測。同時安裝簡單、可靠性離、無需日常維護。需特別注意的是,因工業炸藥用硝酸銨溶液的密度較大(1.42g/cm3),具有腐蝕性,因此選擇了特殊結構的界面浮子,以適用于硝酸銨溶液。

    3、結論
    上杭乳化新線硝酸銨溶液C罐防爆型磁翻板液位計的設計及實際運行結果表明:磁致伸縮式液位儀用于測量易結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,保證了液位測量的高精度、高可靠性,且具有穩定性好、溫度漂移小等優點。其在液位檢測技術中的優勢,將促使它在化工應用行業中有著廣闊的應用前景。

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