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。
為保證整個尿素生產(chǎn)的順利進(jìn)行，離不開對尿素生產(chǎn)過程中液位的測量和控制。其中最為關(guān)鍵的是對尿素合成塔的液位測量與監(jiān)控。這是因?yàn)槟蛩睾铣伤哂蟹浅毫拥墓r，對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。有關(guān)尿素合成塔爆炸的新聞，在國內(nèi)外時有發(fā)生，近年在我國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，客觀上要求液位測量儀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。
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)成一個電容。當(dāng)罐體中有物料注入時，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，通過檢測電容值的變化輸出開關(guān)報警信號。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，其耐壓能力較弱，尿素合成塔的壓力遠(yuǎn)超過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，但是在高溫高壓的環(huán)境下電極的損壞無法避免。這是由于探頭的絕緣層與金屬電極主要通過滾壓工藝制作完成，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)確測量。探頭如果出現(xiàn)故障，只能重新更換，而這無疑增加了額外開支。
浮球液位開關(guān)是基于浮力和靜磁場原理設(shè)計(jì)而成。浮球（帶有磁體）在被測介質(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。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)的測量原理是通過安裝在基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動而工作的。當(dāng)音叉液位開關(guān)的音叉與被測介質(zhì)相接觸時，音叉的頻率和振幅將改變，通過檢測這一物理量的變化輸出開關(guān)報警信號。音叉液位開關(guān)的這一特性使其幾乎不受泡沫、湍流、振動、固體含量的影響，可以消除飛濺，避免誤報警。在耐溫方面，普通款可耐150℃，通過采用增加高溫延長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，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)備均因腐蝕問題進(jìn)行過停車搶修。腐蝕問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)堿溶液的危險場合下，可以通過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加成管和過程連接內(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量需要，計(jì)為自動化還提供ECTFE、PFA涂層等選項(xiàng)供用戶選擇。其整機(jī)防護(hù)等級高達(dá)IP66/IP67。這樣的保護(hù)措施無疑使儀表整機(jī)具有更高的安全性能。
3．多種信號輸出方式備選，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三種信號輸出方式供用戶選擇。有別于市場上固液兼測的長音叉，計(jì)為音叉液位開關(guān)的叉體較短，長僅40mm，特別適合管道等狹小空間的液位測量。該音叉液位開關(guān)基于檢測頻率變化的設(shè)計(jì)，經(jīng)過精密調(diào)諧的兩個叉體振動特性完全對稱，能夠?qū)崿F(xiàn)完全共振，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可測介質(zhì)密度低至0.5g/cm3，且免受泡沫、氣泡、粘稠、振動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)生誤報警現(xiàn)象，可靠性更高。
4．雙防爆認(rèn)證，防爆等級高。
計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)通過本安、隔爆雙防爆認(rèn)證，其中，本安的防爆等級高達(dá)Ex ia IIC T6 Ga，隔爆的防爆等級高達(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量。該產(chǎn)品自投入使用以來，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。
為保證整個尿素生產(chǎn)的順利進(jìn)行，離不開對尿素生產(chǎn)過程中液位的測量和控制。其中最為關(guān)鍵的是對尿素合成塔的液位測量與監(jiān)控。這是因?yàn)槟蛩睾铣伤哂蟹浅毫拥墓r，對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。有關(guān)尿素合成塔爆炸的新聞，在國內(nèi)外時有發(fā)生，近年在我國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，客觀上要求液位測量儀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。
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)成一個電容。當(dāng)罐體中有物料注入時，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，通過檢測電容值的變化輸出開關(guān)報警信號。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，其耐壓能力較弱，尿素合成塔的壓力遠(yuǎn)超過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，但是在高溫高壓的環(huán)境下電極的損壞無法避免。這是由于探頭的絕緣層與金屬電極主要通過滾壓工藝制作完成，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)確測量。探頭如果出現(xiàn)故障，只能重新更換，而這無疑增加了額外開支。
浮球液位開關(guān)是基于浮力和靜磁場原理設(shè)計(jì)而成。浮球（帶有磁體）在被測介質(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。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)的測量原理是通過安裝在基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動而工作的。當(dāng)音叉液位開關(guān)的音叉與被測介質(zhì)相接觸時，音叉的頻率和振幅將改變，通過檢測這一物理量的變化輸出開關(guān)報警信號。音叉液位開關(guān)的這一特性使其幾乎不受泡沫、湍流、振動、固體含量的影響，可以消除飛濺，避免誤報警。在耐溫方面，普通款可耐150℃，通過采用增加高溫延長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)相較國內(nèi)普通型音叉液位開關(guān)所具有一系列優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
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)通過增加高溫延長管，使得儀表能夠耐受250℃高溫，完全滿足尿素合成塔對于溫度的要求。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，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)備均因腐蝕問題進(jìn)行過停車搶修。腐蝕問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)堿溶液的危險場合下，可以通過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加成管和過程連接內(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量需要，計(jì)為自動化還提供ECTFE、PFA涂層等選項(xiàng)供用戶選擇。其整機(jī)防護(hù)等級高達(dá)IP66/IP67。這樣的保護(hù)措施無疑使儀表整機(jī)具有更高的安全性能。
3．多種信號輸出方式備選，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三種信號輸出方式供用戶選擇。有別于市場上固液兼測的長音叉，計(jì)為音叉液位開關(guān)的叉體較短，長僅40mm，特別適合管道等狹小空間的液位測量。該音叉液位開關(guān)基于檢測頻率變化的設(shè)計(jì)，經(jīng)過精密調(diào)諧的兩個叉體振動特性完全對稱，能夠?qū)崿F(xiàn)完全共振，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可測介質(zhì)密度低至0.5g/cm3，且免受泡沫、氣泡、粘稠、振動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)生誤報警現(xiàn)象，可靠性更高。
4．雙防爆認(rèn)證，防爆等級高。
計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)通過本安、隔爆雙防爆認(rèn)證，其中，本安的防爆等級高達(dá)Ex ia IIC T6 Ga，隔爆的防爆等級高達(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量。該產(chǎn)品自投入使用以來，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。
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