應(yīng)用案例
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高溫型音叉液位開關(guān)用于尿素合成塔中的液位測(cè)量
尿素是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一種重要肥料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著非常關(guān)鍵的作用，需求量極大。為滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，每年需要生產(chǎn)供應(yīng)大量的尿素。尿素的生產(chǎn)工藝流程是以原料煤利用蒸汽和空氣為汽化劑，在煤氣反應(yīng)爐內(nèi)產(chǎn)生半水煤氣，經(jīng)甲醇、烴化等工藝將氣體凈化，除去雜質(zhì)后，將純凈的氮?dú)浠旌蠚怏w壓縮合成為氨，與凈化壓縮后的二氧化碳同氨一起送入尿素合成塔，在高溫高壓下合成尿素。
為保證整個(gè)尿素生產(chǎn)的順利進(jìn)行，離不開對(duì)尿素生產(chǎn)過(guò)程中液位的測(cè)量和控制。其中最為關(guān)鍵的是對(duì)尿素合成塔的液位測(cè)量與監(jiān)控。這是因?yàn)槟蛩睾铣伤哂蟹浅毫拥墓r，對(duì)儀表也有十分苛刻的要求。這突出表現(xiàn)在尿素合成塔高溫高壓的應(yīng)用環(huán)境中，其壓力和溫度分別達(dá)到3Mp和200℃。除高溫高壓外，尿素合成塔的工況也具有較強(qiáng)的腐蝕性和爆炸性危險(xiǎn)。有關(guān)尿素合成塔爆炸的新聞，在國(guó)內(nèi)外時(shí)有發(fā)生，近年在我國(guó)山東和河北就有兩起尿素合成塔爆炸事故發(fā)生。據(jù)分析爆炸的誘因是內(nèi)襯腐蝕泄漏，層板應(yīng)力腐蝕開裂和原始制造缺陷等致層板局部開口開裂，引起“爆沸”爆炸。尿素合成塔的這些復(fù)雜工況，客觀上要求液位測(cè)量?jī)x表除具有耐高溫和高壓的特性外，還能耐受較強(qiáng)的腐蝕性，具有較高的防爆等級(jí)。
市面上可選擇的液位開關(guān)很多，有接觸式的有電容式液位開關(guān)、射頻導(dǎo)納液位開關(guān)、浮球液位開關(guān)、以及音叉液位開關(guān)等。那么，在尿素合成塔這樣的嚴(yán)苛的工藝條件下，哪些液位開關(guān)較為適合呢？
電容式液位開關(guān)的工作原理是：液位高低變化導(dǎo)致探頭被覆蓋區(qū)域大小發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容值發(fā)生變化。探頭與罐壁（導(dǎo)電材料制成）構(gòu)成一個(gè)電容。當(dāng)罐體中有物料注入時(shí)，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區(qū)域面積的增加而相應(yīng)地增大，通過(guò)檢測(cè)電容值的變化輸出開關(guān)報(bào)警信號(hào)。由于電容式液位開關(guān)的探頭由絕緣材料PTFE制成，當(dāng)放置在溫度接近200℃的介質(zhì)中時(shí)，其耐壓能力較弱，尿素合成塔的壓力遠(yuǎn)超過(guò)探頭所能承受的范圍。并且，探頭絕緣材料在高溫下分子間隙變大，尿素易滲透進(jìn)絕緣套內(nèi)，易造成儀表指示異常。
從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的射頻導(dǎo)納物位控制技術(shù)，與電容式物位控制技術(shù)相比，增加了放掛料電路設(shè)計(jì)，在粘附性物料上有一定的優(yōu)勢(shì)，但是在高溫高壓的環(huán)境下電極的損壞無(wú)法避免。這是由于探頭的絕緣層與金屬電極主要通過(guò)滾壓工藝制作完成，很不耐壓，在高壓環(huán)境下彼此之間易產(chǎn)生間隙從而影響儀表的準(zhǔn)確測(cè)量。探頭如果出現(xiàn)故障，只能重新更換，而這無(wú)疑增加了額外開支。
浮球液位開關(guān)是基于浮力和靜磁場(chǎng)原理設(shè)計(jì)而成。浮球（帶有磁體）在被測(cè)介質(zhì)中的位置受浮力作用影響，隨著液位的變化，浮球的位置也發(fā)生變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關(guān)）作用，產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。但浮球液位開關(guān)不適合尿素合成塔中的高壓高溫工況，且測(cè)量可靠性低，其機(jī)械式結(jié)構(gòu)拆卸、清潔也很復(fù)雜。
音叉液位開關(guān)的測(cè)量原理是通過(guò)安裝在基座上的一對(duì)壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動(dòng)而工作的。當(dāng)音叉液位開關(guān)的音叉與被測(cè)介質(zhì)相接觸時(shí)，音叉的頻率和振幅將改變，通過(guò)檢測(cè)這一物理量的變化輸出開關(guān)報(bào)警信號(hào)。音叉液位開關(guān)的這一特性使其幾乎不受泡沫、湍流、振動(dòng)、固體含量的影響，可以消除飛濺，避免誤報(bào)警。在耐溫方面，普通款可耐150℃，通過(guò)采用增加高溫延長(zhǎng)套管的形式耐溫可達(dá)250℃，能夠滿足尿素合成塔的溫度要求。
2．在高壓耐腐蝕方面，由于采用316L不銹鋼材質(zhì)、氣密絕緣套管以及高防護(hù)等級(jí)，使得計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)能夠在壓力較大腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)合應(yīng)用。
在尿素生產(chǎn)中，原料CO?、NH?、甲銨和尿素的水溶液，原料帶入的硫化物、氯化物及生產(chǎn)過(guò)程中形成的碳酸銨溶液、稀氨水和少量氰酸等都具有腐蝕性，特別是在溫度較高（130～200℃），壓力較大情況下的尿素—甲銨溶液對(duì)金屬的腐蝕更為嚴(yán)重，許多生產(chǎn)企業(yè)的尿素合成塔等設(shè)備均因腐蝕問(wèn)題進(jìn)行過(guò)停車搶修。腐蝕問(wèn)題也因其成為尿素穩(wěn)定生產(chǎn)的嚴(yán)重障礙而日益受到重視。
相較浮球液位開關(guān)、電容式液位開關(guān)、射頻導(dǎo)納液位開關(guān)，計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)能夠耐受較高的壓力，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。其探頭采用一體化設(shè)計(jì)，無(wú)可拆卸部分，能夠耐壓65kg/cm2。其主體材料采用耐腐蝕性較強(qiáng)的316L不銹鋼材質(zhì)，在具有較高壓力和較強(qiáng)腐蝕性的強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液的危險(xiǎn)場(chǎng)合下，可以通過(guò)增加氣密絕緣套管的方式，防止探頭被腐蝕穿透，避免高危有害液體通過(guò)加成管和過(guò)程連接內(nèi)孔沖流到表頭導(dǎo)致外泄事故的發(fā)生。
不僅如此，為滿足超強(qiáng)腐蝕性液體工況的測(cè)量需要，計(jì)為自動(dòng)化還提供ECTFE、PFA涂層等選項(xiàng)供用戶選擇。其整機(jī)防護(hù)等級(jí)高達(dá)IP66/IP67。這樣的保護(hù)措施無(wú)疑使儀表整機(jī)具有更高的安全性能。
3．多種信號(hào)輸出方式備選，叉體短小，應(yīng)用廣泛，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。
除了適應(yīng)于高溫高壓腐蝕性較強(qiáng)的應(yīng)用工況外，計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)擁有繼電器、二線制和Namur三種信號(hào)輸出方式供用戶選擇。有別于市場(chǎng)上固液兼測(cè)的長(zhǎng)音叉，計(jì)為音叉液位開關(guān)的叉體較短，長(zhǎng)僅40mm，特別適合管道等狹小空間的液位測(cè)量。該音叉液位開關(guān)基于檢測(cè)頻率變化的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)精密調(diào)諧的兩個(gè)叉體振動(dòng)特性完全對(duì)稱，能夠?qū)崿F(xiàn)完全共振，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可測(cè)介質(zhì)密度低至0.5g/cm3，且免受泡沫、氣泡、粘稠、振動(dòng)以及液體特性的影響，與同類產(chǎn)品相比，抗粘附能力更強(qiáng)，且不易發(fā)生誤報(bào)警現(xiàn)象，可靠性更高。
4．雙防爆認(rèn)證，防爆等級(jí)高。
計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)通過(guò)本安、隔爆雙防爆認(rèn)證，其中，本安的防爆等級(jí)高達(dá)Ex ia IIC T6 Ga，隔爆的防爆等級(jí)高達(dá)Ex d IIC T6 Gb，較高的安全性，使其非常適合應(yīng)用在尿素合成塔這種腐蝕性強(qiáng)，易于爆炸的工況環(huán)境中。
計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)的上述特點(diǎn)，與尿素合成塔的工況要求十分匹配，完全勝任該復(fù)雜工況，非常適合用于尿素合成塔中的液位測(cè)量。該產(chǎn)品自投入使用以來(lái)，其安全、穩(wěn)定、可靠、免維護(hù)的特性，為儀表的穩(wěn)定安全運(yùn)行提供了可靠保證，受到客戶的一致好評(píng)。
為保證整個(gè)尿素生產(chǎn)的順利進(jìn)行，離不開對(duì)尿素生產(chǎn)過(guò)程中液位的測(cè)量和控制。其中最為關(guān)鍵的是對(duì)尿素合成塔的液位測(cè)量與監(jiān)控。這是因?yàn)槟蛩睾铣伤哂蟹浅毫拥墓r，對(duì)儀表也有十分苛刻的要求。這突出表現(xiàn)在尿素合成塔高溫高壓的應(yīng)用環(huán)境中，其壓力和溫度分別達(dá)到3Mp和200℃。除高溫高壓外，尿素合成塔的工況也具有較強(qiáng)的腐蝕性和爆炸性危險(xiǎn)。有關(guān)尿素合成塔爆炸的新聞，在國(guó)內(nèi)外時(shí)有發(fā)生，近年在我國(guó)山東和河北就有兩起尿素合成塔爆炸事故發(fā)生。據(jù)分析爆炸的誘因是內(nèi)襯腐蝕泄漏，層板應(yīng)力腐蝕開裂和原始制造缺陷等致層板局部開口開裂，引起“爆沸”爆炸。尿素合成塔的這些復(fù)雜工況，客觀上要求液位測(cè)量?jī)x表除具有耐高溫和高壓的特性外，還能耐受較強(qiáng)的腐蝕性，具有較高的防爆等級(jí)。
市面上可選擇的液位開關(guān)很多，有接觸式的有電容式液位開關(guān)、射頻導(dǎo)納液位開關(guān)、浮球液位開關(guān)、以及音叉液位開關(guān)等。那么，在尿素合成塔這樣的嚴(yán)苛的工藝條件下，哪些液位開關(guān)較為適合呢？
電容式液位開關(guān)的工作原理是：液位高低變化導(dǎo)致探頭被覆蓋區(qū)域大小發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容值發(fā)生變化。探頭與罐壁（導(dǎo)電材料制成）構(gòu)成一個(gè)電容。當(dāng)罐體中有物料注入時(shí)，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區(qū)域面積的增加而相應(yīng)地增大，通過(guò)檢測(cè)電容值的變化輸出開關(guān)報(bào)警信號(hào)。由于電容式液位開關(guān)的探頭由絕緣材料PTFE制成，當(dāng)放置在溫度接近200℃的介質(zhì)中時(shí)，其耐壓能力較弱，尿素合成塔的壓力遠(yuǎn)超過(guò)探頭所能承受的范圍。并且，探頭絕緣材料在高溫下分子間隙變大，尿素易滲透進(jìn)絕緣套內(nèi)，易造成儀表指示異常。
從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的射頻導(dǎo)納物位控制技術(shù)，與電容式物位控制技術(shù)相比，增加了放掛料電路設(shè)計(jì)，在粘附性物料上有一定的優(yōu)勢(shì)，但是在高溫高壓的環(huán)境下電極的損壞無(wú)法避免。這是由于探頭的絕緣層與金屬電極主要通過(guò)滾壓工藝制作完成，很不耐壓，在高壓環(huán)境下彼此之間易產(chǎn)生間隙從而影響儀表的準(zhǔn)確測(cè)量。探頭如果出現(xiàn)故障，只能重新更換，而這無(wú)疑增加了額外開支。
浮球液位開關(guān)是基于浮力和靜磁場(chǎng)原理設(shè)計(jì)而成。浮球（帶有磁體）在被測(cè)介質(zhì)中的位置受浮力作用影響，隨著液位的變化，浮球的位置也發(fā)生變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關(guān)）作用，產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。但浮球液位開關(guān)不適合尿素合成塔中的高壓高溫工況，且測(cè)量可靠性低，其機(jī)械式結(jié)構(gòu)拆卸、清潔也很復(fù)雜。
音叉液位開關(guān)的測(cè)量原理是通過(guò)安裝在基座上的一對(duì)壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動(dòng)而工作的。當(dāng)音叉液位開關(guān)的音叉與被測(cè)介質(zhì)相接觸時(shí)，音叉的頻率和振幅將改變，通過(guò)檢測(cè)這一物理量的變化輸出開關(guān)報(bào)警信號(hào)。音叉液位開關(guān)的這一特性使其幾乎不受泡沫、湍流、振動(dòng)、固體含量的影響，可以消除飛濺，避免誤報(bào)警。在耐溫方面，普通款可耐150℃，通過(guò)采用增加高溫延長(zhǎng)套管的形式耐溫可達(dá)250℃，能夠滿足尿素合成塔的溫度要求。
近期，計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)成功用于某化肥廠的尿素合成塔液位測(cè)量。這主要得益于計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)相較國(guó)內(nèi)普通型音叉液位開關(guān)所具有一系列優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1．在耐高溫方面，根據(jù)用戶工況需要，計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)通過(guò)增加高溫延長(zhǎng)管，使得儀表能夠耐受250℃高溫，完全滿足尿素合成塔對(duì)于溫度的要求。2．在高壓耐腐蝕方面，由于采用316L不銹鋼材質(zhì)、氣密絕緣套管以及高防護(hù)等級(jí)，使得計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)能夠在壓力較大腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)合應(yīng)用。
在尿素生產(chǎn)中，原料CO?、NH?、甲銨和尿素的水溶液，原料帶入的硫化物、氯化物及生產(chǎn)過(guò)程中形成的碳酸銨溶液、稀氨水和少量氰酸等都具有腐蝕性，特別是在溫度較高（130～200℃），壓力較大情況下的尿素—甲銨溶液對(duì)金屬的腐蝕更為嚴(yán)重，許多生產(chǎn)企業(yè)的尿素合成塔等設(shè)備均因腐蝕問(wèn)題進(jìn)行過(guò)停車搶修。腐蝕問(wèn)題也因其成為尿素穩(wěn)定生產(chǎn)的嚴(yán)重障礙而日益受到重視。
相較浮球液位開關(guān)、電容式液位開關(guān)、射頻導(dǎo)納液位開關(guān)，計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)能夠耐受較高的壓力，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。其探頭采用一體化設(shè)計(jì)，無(wú)可拆卸部分，能夠耐壓65kg/cm2。其主體材料采用耐腐蝕性較強(qiáng)的316L不銹鋼材質(zhì)，在具有較高壓力和較強(qiáng)腐蝕性的強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液的危險(xiǎn)場(chǎng)合下，可以通過(guò)增加氣密絕緣套管的方式，防止探頭被腐蝕穿透，避免高危有害液體通過(guò)加成管和過(guò)程連接內(nèi)孔沖流到表頭導(dǎo)致外泄事故的發(fā)生。
不僅如此，為滿足超強(qiáng)腐蝕性液體工況的測(cè)量需要，計(jì)為自動(dòng)化還提供ECTFE、PFA涂層等選項(xiàng)供用戶選擇。其整機(jī)防護(hù)等級(jí)高達(dá)IP66/IP67。這樣的保護(hù)措施無(wú)疑使儀表整機(jī)具有更高的安全性能。
3．多種信號(hào)輸出方式備選，叉體短小，應(yīng)用廣泛，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。
除了適應(yīng)于高溫高壓腐蝕性較強(qiáng)的應(yīng)用工況外，計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)擁有繼電器、二線制和Namur三種信號(hào)輸出方式供用戶選擇。有別于市場(chǎng)上固液兼測(cè)的長(zhǎng)音叉，計(jì)為音叉液位開關(guān)的叉體較短，長(zhǎng)僅40mm，特別適合管道等狹小空間的液位測(cè)量。該音叉液位開關(guān)基于檢測(cè)頻率變化的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)精密調(diào)諧的兩個(gè)叉體振動(dòng)特性完全對(duì)稱，能夠?qū)崿F(xiàn)完全共振，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可測(cè)介質(zhì)密度低至0.5g/cm3，且免受泡沫、氣泡、粘稠、振動(dòng)以及液體特性的影響，與同類產(chǎn)品相比，抗粘附能力更強(qiáng)，且不易發(fā)生誤報(bào)警現(xiàn)象，可靠性更高。
4．雙防爆認(rèn)證，防爆等級(jí)高。
計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)通過(guò)本安、隔爆雙防爆認(rèn)證，其中，本安的防爆等級(jí)高達(dá)Ex ia IIC T6 Ga，隔爆的防爆等級(jí)高達(dá)Ex d IIC T6 Gb，較高的安全性，使其非常適合應(yīng)用在尿素合成塔這種腐蝕性強(qiáng)，易于爆炸的工況環(huán)境中。
計(jì)為Ring-11高溫型音叉液位開關(guān)的上述特點(diǎn)，與尿素合成塔的工況要求十分匹配，完全勝任該復(fù)雜工況，非常適合用于尿素合成塔中的液位測(cè)量。該產(chǎn)品自投入使用以來(lái)，其安全、穩(wěn)定、可靠、免維護(hù)的特性，為儀表的穩(wěn)定安全運(yùn)行提供了可靠保證，受到客戶的一致好評(píng)。
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