制鹽蒸發(fā)設(shè)備液位測量

王天河

(中鹽工程技術(shù)研究院有限公司,天津 300450)

1 前言

液位是制鹽蒸發(fā)設(shè)備的重要控制參數(shù),當(dāng)液位過高,會(huì)降低蒸發(fā)強(qiáng)度,蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽容易帶走更多的鹵水,使之后的二次蒸汽流經(jīng)的管道設(shè)備加劇腐蝕,冷凝水含鹽分增高;當(dāng)液位過低,物料在加熱管內(nèi)沸騰,鹽垢更容易生成,使堵管風(fēng)險(xiǎn)成倍增高,對整個(gè)生產(chǎn)過程造成嚴(yán)重的不良影響。只有把液面控制在一個(gè)合理的高度,才能使整個(gè)生產(chǎn)過程平穩(wěn),減少對設(shè)備的腐蝕,延長刷罐周期,減少能耗,提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。基于制鹽蒸發(fā)設(shè)備液位的重要性,文章對國內(nèi)新舊測量方法的優(yōu)劣加以分析比較。

2 基于機(jī)器視覺液位監(jiān)測系統(tǒng)

此液位監(jiān)控系統(tǒng)是集視頻監(jiān)視、錄像和視頻分析技術(shù)為一體的機(jī)器視覺系統(tǒng),在實(shí)時(shí)監(jiān)視蒸發(fā)罐內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)(液位、沸騰和罐壁積垢狀況等)的同時(shí),采用專門研制的圖像增強(qiáng)、識(shí)別和視頻分析軟件快速識(shí)別蒸發(fā)罐內(nèi)液面并測量其相對高度,實(shí)現(xiàn)對制鹽蒸發(fā)設(shè)備液位的測量。根據(jù)“圖像采集+測量軟件分析”相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路,采用電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和圖像分析技術(shù)為基礎(chǔ)的工業(yè)電視設(shè)備,并將其構(gòu)成一個(gè)完整的液位測量系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺、智能測量和DCS控制相結(jié)合,以指導(dǎo)操作人員適時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù),確保蒸發(fā)罐運(yùn)行于最佳工藝條件,實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)量、節(jié)能減排目的。

(1)工業(yè)視覺液位測量系統(tǒng)構(gòu)成(圖1)。

圖1 基于工業(yè)視覺液位測量系統(tǒng)示意圖

由四個(gè)基礎(chǔ)部分構(gòu)成:前置攝像、信號傳輸、控制/記錄、顯示及液位測量。

①前置攝像監(jiān)測探頭部分包含不銹鋼316防護(hù)桶、攝像機(jī)及鏡頭、耐高溫LED 燈以及散熱裝置等。

②信號傳輸部分設(shè)計(jì)為“光纜”傳輸形式,抗干擾性強(qiáng),提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

③控制/記錄部分主要是在控制室操作室內(nèi),針對本地控制、瀏覽存儲(chǔ)圖像、視頻采集和軟件運(yùn)行的要求,選擇合適的監(jiān)控主機(jī),以實(shí)現(xiàn)該監(jiān)視單元控制與記錄的雙重功能。

④顯示及液位測量部分主要包括顯示器、大屏等顯示單元、液位測量主機(jī)及配套的液位測量軟件,通過視頻采集卡采集現(xiàn)場罐內(nèi)圖像,通過分析軟件實(shí)時(shí)顯示罐內(nèi)液位高度。

(2)工業(yè)視覺液位測量系統(tǒng)特點(diǎn)。

①罐式蒸發(fā)器/裝置內(nèi)的液位監(jiān)測的可視化(實(shí)時(shí)畫面+液位顯示)。

②實(shí)時(shí)液位的監(jiān)測/趨勢分析/報(bào)警/記錄。

③智能化軟件系統(tǒng),具備自學(xué)習(xí)能力,數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)更新。

④專業(yè)冷光源,內(nèi)置式耐高溫,在零照度環(huán)境也能獲取清晰穩(wěn)定的圖像。

⑤防護(hù)裝置采用防鹽、防腐材料,適用范圍廣。

(3)工業(yè)視覺液位測量系統(tǒng)安裝要求。

采用攝像設(shè)備與視鏡法蘭聯(lián)接,插入視鏡內(nèi)安裝。

①需提供冷卻循環(huán)水系統(tǒng),冷卻循環(huán)水為常溫,壓力為0.3 MPa～0.4 MPa,流量為2 m3/h～3 m3/h;提供進(jìn)、出水管至視鏡處,并在進(jìn)水管處配手閥。

②沖洗水為蒸發(fā)罐產(chǎn)生的冷凝水,沖洗水管置入防護(hù)罩內(nèi),在接入防護(hù)罩前配手閥。

(4)工業(yè)視覺液位測量系統(tǒng)優(yōu)劣。

優(yōu)點(diǎn):該系統(tǒng)可以通過顯示單元監(jiān)測罐內(nèi)蒸發(fā)情況以及罐壁的結(jié)垢情況,同時(shí)可根據(jù)被監(jiān)視場所的圖像通過測量分析軟件測算出罐內(nèi)液位高度并實(shí)時(shí)顯示,使監(jiān)控室的操作人員對罐內(nèi)情況一目了然。

不足:該系統(tǒng)是一套獨(dú)立的系統(tǒng),不能和控制室內(nèi)的DCS控制系統(tǒng)通訊,不能與控制閥進(jìn)行液位高度的閉環(huán)控制,但隨著該系統(tǒng)的不斷升級,在不久的將來會(huì)實(shí)現(xiàn)此功能。

此系統(tǒng)在中鹽云虹湖北制藥股份有限公司年產(chǎn)5萬t醫(yī)用氯化鈉MVR蒸發(fā)車間改造工程中得到了很好的應(yīng)用,成為傳統(tǒng)蒸發(fā)設(shè)備液位測量的很好補(bǔ)充,給生產(chǎn)操作人員帶來極大的便利。

3 旁通管測量液位

(1)旁通管+導(dǎo)波雷達(dá)測量液位。

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢:導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)對液體、顆粒及漿料連續(xù)物位測量,測量不受介質(zhì)變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽、粉塵、泡沫等的影響。其特點(diǎn)是通用性好、防掛料、準(zhǔn)確可靠,不足之處是需要安裝旁通管,額外增加成本,且占用安裝空間不美觀,并且測量液位范圍受旁通管直管段及導(dǎo)波鋼纜長度影響。安裝方式見圖2。

圖2 導(dǎo)波雷達(dá)及磁浮子液位計(jì)安裝示意圖

(2)旁通管+磁浮子液位計(jì)測量液位。

磁浮子式液位計(jì)和旁通管形成連通器,保證旁通管與測量管體間的液位相等,當(dāng)液位計(jì)測量管中的浮子隨被測液位變化時(shí),浮子中的磁性體與顯示條上顯示色標(biāo)中的磁性體作用,使其翻轉(zhuǎn),紅色表示有液,白色表示無液,以達(dá)到就地準(zhǔn)確顯示液位的目的。主要特點(diǎn)是就地顯示直觀準(zhǔn)確,信號也可以遠(yuǎn)傳到控制室顯示,其不足之處也是需要安裝旁通管,額外增加成本,占用安裝空間且不美觀,并且測量液位范圍受旁通管直管段及磁浮子液位計(jì)安裝長度影響,需要直接接觸鹽漿,磁浮子及法蘭容易掛料結(jié)晶,需要經(jīng)常維護(hù)。

4 差壓法測量液位

(1)雙法蘭差壓變送器測量液位。

雙法蘭差壓變送器是測量變送器兩端壓力之差的變送器,輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(如4 mA～20 mA、0 V～5 V)。差壓變送器與一般壓力變送器不同的是它有2個(gè)壓力接口, 差壓變送器一般分為正壓端和負(fù)壓端,在測量蒸發(fā)設(shè)備時(shí),負(fù)壓室和汽相相連,正壓室和液相相連,測量出來的壓差即為液面高度產(chǎn)生的,從而根據(jù)壓強(qiáng)公式△P=ρgh,可以間接計(jì)算出液面高度。

此方法安裝簡單,工作穩(wěn)定耐用性強(qiáng),得到廣泛應(yīng)用,但在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有兩點(diǎn)不足之處,第一就是鹽漿的密度只能做到相對穩(wěn)定,不能隨時(shí)檢測,所有測出的液位高度有一定誤差,次誤差無法消除;第二就是液相接觸鹽漿的法蘭膜片長期接觸物料容易結(jié)晶,影響測量精度,但可以采用吹液法加以克服,在兩個(gè)測量點(diǎn)法蘭處通以同源的小流量冷凝水,起到隔離和沖洗的作用,大大減少了膜片結(jié)晶結(jié)垢,提高了測量的準(zhǔn)確性。安裝示意圖見圖3。

圖3 雙法蘭差壓液位變送器安裝示意圖

(2)三點(diǎn)壓力法測量液位。

此方法也是基于差壓法的測量原理,采用三臺(tái)壓力變送器,第一臺(tái)壓力變送器測量汽相壓力P1,第二臺(tái)和第三臺(tái)壓力變送器分別測量兩個(gè)不同高度液相壓力P2和P3,第二臺(tái)與第三臺(tái)壓力變送器安裝位置的高度差為h1,根據(jù)公式△P32=P3-P2=ρgh1,已知量g和h1,已測量△P32,鹽漿密度ρ=△P32/gh1可求出。蒸發(fā)設(shè)備液面到第三臺(tái)變送器的液位高度為h2,根據(jù)公式△P31=P3-P1=ρgh2,已知量重力加速度g,已測量△P31和ρ,則液位高度h2=△P31/ρg,以上測量計(jì)算過程都通過中控室DCS控制站自動(dòng)采集計(jì)算處理。三臺(tái)變送器安裝方式見圖4。

圖4 三點(diǎn)壓力法測量液位壓力變送器安裝示意圖

此三點(diǎn)壓力法測量蒸發(fā)罐液位,與上述傳統(tǒng)的雙法蘭差壓變送器測量蒸發(fā)罐液位具有明顯優(yōu)勢。雙法蘭差壓變送器測量中,當(dāng)鹵水的組成發(fā)生變化時(shí),其密度ρ必然會(huì)發(fā)生變化,需要人工定時(shí)取樣鹵水進(jìn)行測量才能得到一定時(shí)間的內(nèi)的相對穩(wěn)定值。這樣一來,雙法蘭差壓變送器測量方法中測的液位也是隨ρ變化而變化產(chǎn)生一定的測量誤差,而這種誤差是無法消除的,除非能實(shí)時(shí)得到ρ實(shí)時(shí)的變化值,然而三點(diǎn)壓力法測量蒸發(fā)罐液位的方法根據(jù)液相的兩點(diǎn)壓力差實(shí)時(shí)測量出準(zhǔn)確的鹵水密度ρ,再跟據(jù)汽相和液相的壓力差準(zhǔn)確測出蒸發(fā)罐液位隨時(shí)變化的高度。由以上分析得出,三點(diǎn)壓力法測量蒸發(fā)罐液位比傳統(tǒng)的雙法蘭差壓變送器測量蒸發(fā)罐液位精度更高,更能真實(shí)反映出蒸發(fā)罐的液位變化。

5 結(jié)束語

綜上所述測量蒸發(fā)裝置液位的主要方法,也是國內(nèi)各蒸發(fā)制鹽生產(chǎn)企業(yè)所采用的方法,每種測量方法都有各自的特點(diǎn),優(yōu)劣各有不同,三點(diǎn)壓力測量液位的方法在新建和改造項(xiàng)目中將成為主流,基于工業(yè)視覺的蒸發(fā)設(shè)備液位測量的新方法隨著不斷改進(jìn)提升也將會(huì)持續(xù)增加市場份額。