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行業新聞

    脫硫塔液位測量方法
吸收塔液位在脫硫系統中是非常重要的參數,系統中循環泵、氧化風機、攪拌器等關鍵設備的連鎖保護條件均與之直接關聯,因此吸收塔液位測量數據的準確性及穩定性決定脫硫系統的穩定運行,也影響著與脫硫系統相關的其他工藝系統的安全運行。

引言

目前大多數煙氣脫硫系統采用的是石灰石—石膏濕法脫硫技術,其中吸收塔是進行煙氣脫硫的主要設備,吸收塔液位對脫硫系統的安全可靠運行有著極其重要的作用,但由于吸收塔本體結構的特殊性,無法使用當前主流的液位計進行直接測量。本文介紹目前采用的幾種測量吸收塔液位的方法,并分析各種測量方法的優缺點。

石灰石—石膏法脫硫系統的主要設備是吸收塔,如圖1所示,吸收塔主要由漿液氧化區、吸收區、噴淋層、除霧層、入口煙道及出口煙道組成。常規容器的液位測量可采用在容器頂部安裝超聲波液位計、雷達液位計或浮子液位計,或在側壁安裝磁翻板液位計加以測量。對于密度受溫度影響不大的液體,若是敞口容器,可在容器底部安裝壓力變送器,經公式H=(P/ρg)+h計算后得出;若是密閉容器,則需安裝差壓變送器,經公式H=(ΔP/ρg)+h計算后得出,式中,H為液位高度,P為壓力,ΔP為差壓,ρ為液體密度,h為壓力變送器或差壓變送器的安裝高度。


                                                                  圖1吸收塔結構

問題產生

脫硫吸收塔內介質比較復雜,在漿液氧化區內主要是硫酸鈣漿液、亞硫酸鈣漿液和氧化空氣,吸收區內是帶正壓的煙氣和漿液的混合物。由于吸收塔漿池上方是大量的噴淋漿液和煙氣混合物,因此無法在頂部安裝超聲波液位計或雷達液位計進行測量。石灰石—石膏漿液主要有3點特殊性。

(1)為保證脫硫效率,漿液含固量高達20%,即使在攪拌器的作用下讓漿液不停的流動,漿池上、下層密度也不均勻。

(2)漿液中的亞硫酸鈣具有很強的黏性,若將儀表探頭伸入其中,亞硫酸鈣慢慢附著在探頭表面,從而影響儀表的正常工作,使測量數據失真。

(3)漿液中含有大量的氧化空氣,氧化空氣管網一般安裝在距塔底約3m高的位置,氣泡上升過程中隨著漿液壓強的減小而逐步膨脹,進一步導致吸收塔內漿液上、下層密度的差距。由于漿液的以上特性,若僅在吸收塔側壁上安裝壓力變送器,是無法測量比較準確的液位數據的。此外,浮子液位計和磁翻板液位計更無法適應如此惡劣工況。

解決方案

為了比較準確測量吸收塔液位,目前國內的脫硫系統普遍采用壓力變送器測量吸收塔底部的壓力,并安裝漿液密度測量裝置,將數據遠傳至DCS(DistributedControlSystem,集散控制系統)或PLC(ProgrammableLogicController,可編程邏輯控制器)控制系統,然后根據公式H=(P/ρg)+h計算吸收塔的液位。由于密度測量方法多種多樣,但各有特點,且差異較大,直接影響了工程的造價、測量裝置的穩定運行程度以及系統運行期間的的維護工作量大小。由于吸收塔液位在脫硫系統中是非常重要的參數,儀表數量按工藝要求均為冗余配置,以下各種測量方法中不再贅述。

(1)裝置一——質量流量計+壓力變送器測量回路。此方法先利用質量流量計實時測量漿液的密度,然后通過壓力變送器測出的壓力值計算吸收塔液位。密度測量回路主要由石膏漿液抽取泵(一用一備)、閥門(抽取泵入口閥、出口閥、沖洗閥、排放閥)、質量流量計、壓力表及管件組成,壓力測量回路主要由壓力變送器、閥門、沖洗管路組成(圖2)。

啟動密度測量回路時,需先關閉沖洗閥、排放閥、出口閥,然后打開入口閥,待抽取泵充滿漿液后啟泵,啟泵成功后再打開出口閥,并根據泵出口壓力表的指示調節出口閥門至合適的壓力,以保證測量管內流速滿足測量的需要,又不至于流速過高,導致質量流量計磨損嚴重,縮短儀表的使用壽命。

當脫硫系統停運或質量流量計需要維護檢修時,應先停止漿液抽取泵,然后關閉入口閥,打開排放閥,至測量管路內的漿液排盡后,打開沖洗閥,用工藝水將管路沖洗干凈后即可關閉沖洗閥、排放閥和出口閥。



                               圖2質量流量計+壓力變送器測量回路

壓力測量儀表采用一體化隔膜式壓力變送器,一次檢修閥應盡量靠近吸收塔側壁,采樣管應與側壁保持約60°夾角,可減少漿液在測量管路中沉積,以防采樣管堵塞。此外,還應在靠近壓力變送器隔膜處安裝沖洗管路,定時沖洗壓力變送器的膜片、采樣管及檢修閥門,以確保測量管路的暢通。

本方法測量的吸收塔液位應由公式H=(P/ρg)+h計算后得出。式中,H為液位計算值,P為壓力,ρ為質量流量計測出的漿液密度,g為重力加速度,h為壓力變送器的安裝高度。

本法中的質量流量計準確度高,精度可達0.2%,完全滿足脫硫系統的運行要求;無直管段要求,安裝較為方便;可靠性高,維修率低。利用漿液抽取泵不斷抽取吸收塔中的漿液進行測量,保證了測量數據的實時性。

(2)裝置二——音叉密度計+壓力變送器測量回路。本方法在吸收塔底部側壁上分別安裝音叉密度計和壓力變送器,其中音叉密度計用以測量漿液密度,壓力變送器用以測量漿池底部壓力,如圖3所示。為了保證儀表測量的可靠性及穩定性,安裝時應將儀表與吸收塔側壁保持大約60°夾角,同時應安裝沖洗管路,定時沖洗采樣管及音叉密度計的傳感器。

液位由公式H=(P/ρg)+h計算后得出。式中,H為液位計算值,P為壓力,ρ為漿液密度,g為重力加速度,h為壓力變送器的安裝高度。

采用本方法測量時,結構簡單,減少了設備故障率,相應也減小了維護工作量,但由于音叉密度計的探頭是插入到吸收塔內的,無法安裝檢修閥門。若出現音叉密度計需要維護檢修時,必須等脫硫系統停運并將吸收塔漿液排空后,才能將其拆卸送檢。因此建議將音叉密度計冗余配置,以增加本套裝置的可靠度。也可定制在線可插拔球閥組件,從而徹底杜絕檢修儀表時影響工藝系統運行的情況。

(3)裝置三——差壓變送器+壓力變送器測量回路。本套裝置采用差壓變送器測量漿液的密度,利用壓力變送器測量漿池底部的壓力,然后通過公式間接計算出吸收塔液位,如圖4所示。差壓變送器采用隔膜式分體結構,2個遠傳膜片安裝在吸收塔側壁合適的位置(高差一般控制在3~5m),膜片通過毛細管與變送器本體連接。脫硫系統正常運行時漿液的密度大約控制在1120kg/m3左右,因此吸收塔漿池介質從工藝水變為正常的石灰石—石膏漿液時,差壓變送器的數據相應從29.4kPa上升至32.9kPa(膜片高差按3m設計),變化范圍非常小,大約3.5kPa,若儀表量程為50kPa,變化范圍僅占儀表量程的7%,因此應選擇高精度的微差壓變送器。



                            圖3音叉密度計+壓力變送器測量回路


                          圖 4 差壓變送器+壓力變送器測量回路

密度算方法:ρ=ΔP/(gΔH)計算后得出。式中,ρ為漿液密度計算值,ΔP為差壓,g為重力加速度,ΔH為差壓變送器2個膜片的高度差。

液位計算方法:H=(P/ρg)+h計算后得出。式中,H為液位計算值,P為壓力,ρ為密度計算公式中的漿液密度計算值,g為重力加速度,h為壓力變送器的安裝高度。

采用本裝置測量漿池液位時,結構簡單,差壓變送器和壓力變送器技術也非常成熟可靠,成本也較低。僅需安裝沖洗管路對儀表膜片和采樣管路定時沖洗,維護工作量相對較少。

測量裝置比較

以上3套裝置均是目前脫硫系統中常用的吸收塔液位測量裝置,各有優缺點。

(1)裝置一使用的質量流量計精度高、穩定性好,數據的可重復性也很好,因此測量漿液的密度值可靠性高,提高了整套液位測量裝置的綜合精度,在脫硫技術剛引入國內時曾大量使用。但裝置本身結構復雜,采用了專門的測量管路、泵及大量閥門,增加了裝置的故障點,維護工作量大大增加。

(2)裝置二在裝置一的基礎上做了一些改進,主要是取消了專門的密度測量管路,將密度測量儀表直接安裝在吸收塔側壁上,密度測量采用了高精度的音叉密度計,大大簡化了測量裝置。缺點是目前適合脫硫工況的音叉密度計生產廠家很少,價格比較貴;而且還沒有與之配套的在線檢修閥門,面臨檢修儀表時需停運工藝系統的風險。

(3)裝置三中采用低成本的差壓變送器代替了價格昂貴的質量流量計和音叉密度計,通過合理的選型和安裝設計,也能達到測量漿液密度的要求,使其在一些脫硫裝置中得以應用。而且由于吸收塔漿液密度實際會隨著液位高度的變化、氧化空氣的分布情況而變化,故測量吸收塔某一固定高度的密度并不能真實反映整個漿池的密度情況,而差壓變送器的2個膜片相距較遠,計算出的密度值是該高度范圍內的平均值,理論上更接近漿池內的真實密度值。

而此裝置的缺陷也在于差壓變送器的2個膜片安裝位置,當液位在高壓側膜片下方時,差壓變送器顯示為零,因此密度計算值ρ和液位計算值H均為零,不能反映液位的真實情況;當液位在高、低壓側膜片之間時,密度計算值ρ會隨著液位的升高而逐漸增加,但均會小于漿液的真實密度值,因此液位計算值H也不具備參考價值。只有當液位上升至低壓側膜片之上時,本裝置的計算結果才算正常,而由于2個膜片高差約3m,高壓側膜片距塔底約1m,故本套裝置的測量盲區大約為4m左右。建議當液位運行在盲區時,應在DCS或PLC控制系統中通過適當的數據處理,使得計算數據最大程度接近真實情況,并加大人工巡查力度,以彌補控制系統的不足。脫硫系統正常運行時的液位在10m左右,故本裝置還是適用于脫硫系統工況條件的。

結束語

綜上所述,各脫硫裝置應根據自身的不同條件,如運行人員的技術水平、運行人員的工作強度要求以及脫硫系統停運對其他工藝系統的影響等因素,綜合比較后選擇合適的吸收塔液位測量裝置,從而達到安全穩定、經濟實用的效果。
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