在尿素裝置中, 合成塔, 汽提塔, 高壓甲銨冷凝器, 高壓分離器 (Snam氨汽提工藝) 都是屬于核心設(shè)備, CO₂汽提法工藝, 射線液位計(jì)選擇為合成塔和汽提塔;氨汽提法工藝中, 射線液位計(jì)選擇為高壓分離器和汽提塔;而在日本東洋的ACES21工藝中, 射線液位計(jì)安裝在高壓甲銨分離器和汽提塔。設(shè)備內(nèi)均為高溫、高壓、易結(jié)晶, 并帶有強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)。更為重要的是, 設(shè)備中尿素的反應(yīng)和逆反應(yīng)都同時(shí)在進(jìn)行, 屬于氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三相共存的狀態(tài), 常規(guī)液位測(cè)量很難, 所以一般都采用放射性液位計(jì)。

放射性液位計(jì)的測(cè)量是非接觸式的, 安裝十分方便。放射性液位計(jì)一般有兩種, 分別為同位素Cs137和Co60。Cs137半衰期為30.2年, 穿透性差一些;Co60半衰期為5.3年, 穿透性強(qiáng)。要求強(qiáng)度大的或被測(cè)介質(zhì)密度低、測(cè)量范圍小的可選用Cs137, 大直徑厚壁容器要求穿透能力強(qiáng)的可選用Co60。放射源有點(diǎn)狀源和棒狀源之分。Cs137一般為點(diǎn)源, 也很難做成連續(xù)的棒狀源, 而Co60既可做點(diǎn)源又可做棒狀源。

作為汽提塔, 一般射線液位計(jì)設(shè)置在汽提塔底部, 由于汽提塔底部出料側(cè)直徑較小, 一般都選用Cs137為點(diǎn)源進(jìn)行測(cè)量。安裝的位置和測(cè)量見(jiàn)圖1:

而不管上述三種工藝, 合成塔, 高壓分離器或者高壓甲銨冷凝器則由于在測(cè)量端設(shè)備直徑較大, 需要穿透力強(qiáng)的射源, 一般選用Co60。并且一般選擇非連續(xù)的棒狀源。安裝的位置和測(cè)量見(jiàn)圖2:

電容式液位計(jì)一般用于尿素裝置中低壓分解器, 以及蒸發(fā)的液位測(cè)量。在此階段, 隨著尿素濃度的增加, 結(jié)晶的可能性變大。目前尿素裝置在這些設(shè)備的液位測(cè)量一般選擇有電容式液位計(jì)和隔膜式雙法蘭液位計(jì)。

電容式液位計(jì)是采用測(cè)量電容的變化來(lái)測(cè)量液面的高低的。它是一根金屬棒插入盛液容器內(nèi), 金屬棒作為電容的一個(gè)極, 容器壁作為電容的另一極。兩電極間的介質(zhì)即為液體及其上面的氣體。由于液體的介電常數(shù)ε1和液面上的介電常數(shù)ε2不同, 比如:ε1>ε2, 則當(dāng)液位升高時(shí), 電容式液位計(jì)兩電極間總的介電常數(shù)值隨之加大因而電容量增大。反之當(dāng)液位下降, ε值減小, 電容量也減小。所以, 電容式液位計(jì)可通過(guò)兩電極間的電容量的變化來(lái)測(cè)量液位的高低。電容液位計(jì)的靈敏度主要取決于兩種介電常數(shù)的差值, 而且, 只有ε1和ε2的恒定才能保證液位測(cè)量準(zhǔn)確, 因被測(cè)介質(zhì)具有導(dǎo)電性, 所以金屬棒電極都有絕緣層覆蓋。電容液位計(jì)體積小, 容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié), 適用于具有腐蝕性和高壓的介質(zhì)的液位測(cè)量。

由于上述結(jié)構(gòu), 電容式液位計(jì)可適用于高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕, 易結(jié)晶, 防堵塞, 防冷凍及固體粉狀、粒狀物料。

電容式液位計(jì)的安裝位置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3和圖4:

電容式液位計(jì)的測(cè)量主要就是依賴兩個(gè)電極之間的電容量變化, 也就是說(shuō)電容液位計(jì)的靈敏度是取決于兩個(gè)介質(zhì), 氣體、和液體的介電常數(shù)的差值。電容液位計(jì)的測(cè)量必須保證兩個(gè)介質(zhì)的介電常數(shù)保持一致, 否則介電常數(shù)的變化會(huì)直接導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

電容式液位計(jì)的金屬棒電極都覆蓋有絕緣層, 這樣可以避免因被測(cè)量介質(zhì)具有導(dǎo)電性而產(chǎn)生的測(cè)量誤差和安全隱患。

但在使用中, 有如下問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn):

(1) 絕緣層密封性不好, 即四氟套管內(nèi)進(jìn)入尿液, 造成內(nèi)電極與外容器壁之間短路, 使電機(jī)損壞。

(2) 當(dāng)容器內(nèi)溶液的密度波動(dòng)時(shí), 也會(huì)造成液位測(cè)量不準(zhǔn)

(3) 電容外套管之間不流通, 形成結(jié)晶層, 是的液體介電常數(shù)變大, 導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)。

所以在選用電容式液位計(jì)時(shí), 必須考慮到設(shè)備與電容套管之間流通性正常, 即套管空間內(nèi)的孔洞在安裝時(shí)必須考慮連通口高度設(shè)置是否合理, 是否存在尿素結(jié)晶的"死區(qū)"。如果存在"死區(qū)"的位置, 必須設(shè)計(jì)伴熱管線以及停車置換時(shí)的排放口。

雙法蘭液位計(jì)是另一種在尿素應(yīng)用很廣的液位計(jì), 從中壓分解器、低壓分解器、蒸發(fā)器的液位計(jì)可選用隔膜式雙法蘭液位計(jì), 到工藝?yán)淠夯厥諉卧凸に嚴(yán)淠禾幚韱卧伎梢赃x用雙法蘭液位計(jì)。

作為測(cè)量液位的儀表, 雙法蘭比單法蘭更, 考慮到尿素的易結(jié)晶性, 普通的雙法蘭難以滿足液位測(cè)量的要求, 所以需要對(duì)雙法蘭進(jìn)行一定的升級(jí), 如帶沖洗水的負(fù)遷移雙法蘭液位計(jì), 見(jiàn)圖5:

它的目的在于通過(guò)在兩端持續(xù)的增加等量的沖洗水來(lái)防止負(fù)壓測(cè)結(jié)晶, 但同時(shí)伴隨的問(wèn)題有:

(1) 沖洗水易受操作工況影響, 很容易造成兩端沖洗水流量不均, 影響實(shí)際液位測(cè)量;

(2) 如果沖洗水不穩(wěn)定, 甲銨濃度過(guò)高, 會(huì)在負(fù)向?qū)汗苄纬山Y(jié)晶, 堵塞負(fù)壓管, 同樣造成測(cè)量不準(zhǔn);

(3) 度上, 由于兩種沖洗水受槽罐液位的影響, 背壓不同。同樣造成兩端的壓力取值點(diǎn)有不同, 在液位波動(dòng)時(shí), 兩端沖洗水的背壓也會(huì)變化, 造成液位計(jì)的指示誤差更加變大。

針對(duì)以上問(wèn)題, 所以目前新建尿素裝置大量的采用隔膜式雙法蘭液位計(jì), 見(jiàn)圖6:

隔膜式雙法蘭液位計(jì)針對(duì)普通的雙法蘭液位計(jì)有如下的優(yōu)點(diǎn):儀表維護(hù)量小、測(cè)量準(zhǔn)確, 通過(guò)隔膜讓物料同液位計(jì)相隔離, 適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕等介質(zhì)的液位測(cè)量;并且不用加隔離液或者沖洗水等額外措施, 降低了因隔離液流失或者沖洗水不穩(wěn)定導(dǎo)致的液位測(cè)量誤差的幾率。但在使用的過(guò)程中由于其特性, 有如下幾個(gè)問(wèn)題有注意:

(1) 環(huán)境溫度可能會(huì)影響毛細(xì)管內(nèi)硅油的密度, 從而引起測(cè)量誤差;

(2) 毛細(xì)管容易被壓斷、測(cè)量膜盒受外力變形后, 影響測(cè)量精度;

(3) 設(shè)計(jì)及安裝時(shí), 配對(duì)法蘭的尺寸不完全一致, 導(dǎo)致存在部分波紋管面安裝時(shí)承壓, 造成測(cè)量誤差, 嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成波紋面產(chǎn)生裂紋, 導(dǎo)致硅油泄漏, 液位計(jì)測(cè)量失效。

所以在選用隔膜式雙法蘭液位計(jì)需要注意的有以下因素:

防止儀表有"死點(diǎn)"造成波紋管處形成尿素結(jié)晶, 影響測(cè)量精度?？紤]到尿液容易結(jié)晶的特點(diǎn), 在選擇儀表尺寸時(shí)應(yīng)注意波紋管的突出面和設(shè)備內(nèi)壁貼合緊密平滑, 無(wú)凹槽。

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用于尿素的各個(gè)地下回收槽的液位測(cè)量。同時(shí)由于尿素的地下回收槽濃度波動(dòng)大, 易結(jié)晶的特點(diǎn), 一般采用雷達(dá)液位計(jì), 雷達(dá)液位計(jì)有如下優(yōu)勢(shì):

智能雷達(dá)物位計(jì)適用于對(duì)液體、漿料及顆粒料的物位進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量, 適用于溫度、壓力變化大;有惰性氣體及揮發(fā)存在的場(chǎng)合。

雷達(dá)液位計(jì)一般分為兩種, 一種為非接觸式測(cè)量;另一種導(dǎo)波雷達(dá)為接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量要求高, 但是導(dǎo)波雷達(dá)更適用于尿素裝置的運(yùn)行工況。如罐內(nèi)有攪拌, 介質(zhì)波動(dòng)大, 這樣的工況用底部固定的導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量值要比變通雷達(dá)穩(wěn)定;還有小罐體內(nèi)的物位測(cè)量, 由于安裝測(cè)量空間小 (或罐內(nèi)干擾物較多) , 一般普通雷達(dá)不適用, 這時(shí)導(dǎo)波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)出來(lái)了;再有是低介電常數(shù)的工況, 無(wú)論雷達(dá)還是導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量原理都是基于介質(zhì)介電常數(shù)差別, 由于普通雷達(dá)的發(fā)射的波是發(fā)散的, 當(dāng)介質(zhì)介電常數(shù)過(guò)低時(shí), 信號(hào)太弱測(cè)量不穩(wěn)定, 而導(dǎo)波雷達(dá)波是沿導(dǎo)波桿傳播信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定, 另外一般的導(dǎo)波雷達(dá)還有底部探測(cè)功能, 可以根據(jù)底部回波信號(hào)能測(cè)量值加以修正, 使信號(hào)更為穩(wěn)定準(zhǔn)確。見(jiàn)圖7和圖8:

由圖可以看出在導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中, 若介質(zhì)為低介電常數(shù), 當(dāng)其處于低液位時(shí), 罐底可見(jiàn), 此時(shí)為保證測(cè)量精度, 建議將零點(diǎn)定在低高度為C的位置。理論上測(cè)量達(dá)到天線尖端的位置是可能的, 但是考慮到腐蝕及粘附的影響, 測(cè)量范圍的終值應(yīng)距離天線的尖端至少100mm。對(duì)于過(guò)溢保護(hù), 可定義一段安全距離附加在盲區(qū)上。所以導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量范圍應(yīng)該根據(jù)設(shè)備情況來(lái)確定。

在尿素裝置的液位計(jì)儀表中, 液位的測(cè)量是一種非常重要的參數(shù), 其測(cè)量結(jié)果對(duì)于尿素裝置的高效、穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的作用。液位計(jì)的類型較多, 在同種工藝下的選擇也并不是, 在選型和安裝時(shí), 應(yīng)結(jié)合以往的工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及工藝的特點(diǎn), 選擇經(jīng)濟(jì)適用的液位計(jì), 并充分考慮各類液位計(jì)的特點(diǎn)及安裝要求, 保障液位的測(cè)量準(zhǔn)確度。