吹掃技術(shù)在甲醇?xì)饣b置中的應(yīng)用

翟宏偉，劉 利，狄建杰，郭 宇

（中煤鄂爾多斯能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017317）

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展下，采用反吹風(fēng)儀表測(cè)量是煤氣化自動(dòng)控制中儀表選型和應(yīng)用的一大突破。結(jié)合當(dāng)代儀表的飛速發(fā)展，通過儀表的融合應(yīng)用，除了能夠使儀表準(zhǔn)確測(cè)量，還可以降低儀表的維護(hù)工作量，改善產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，在環(huán)境保護(hù)方面也有極大的益處。中煤鄂爾多斯能源化工有限公司反吹風(fēng)儀表在煤氣化變換裝置壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)和煤氣水裝置儲(chǔ)罐液位的應(yīng)用方面取得了一大突破，成功解決了常年困惑儀表的一大瓶頸，為其同行提供一些參考。

1 煤化工特殊工況儀表運(yùn)行存在的問題與改造方式

1.1 煤化工變換裝置壓力測(cè)點(diǎn)改造與應(yīng)用

針對(duì)煤化工變換及冷卻裝置，變換爐、氣氣換熱器、煤氣過濾器出入口壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)頻繁出現(xiàn)指示不正常現(xiàn)象進(jìn)行優(yōu)化改造。變換爐、氣氣換熱器、煤氣過濾器出入口壓力指示異常，壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)指示偏小或壓力顯示零，會(huì)影響工藝人員的操作和監(jiān)盤。壓力指示不正常的原因?yàn)楣に嚫块y及導(dǎo)壓管內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，這導(dǎo)致導(dǎo)壓管及根部閥堵塞，影響壓力檢測(cè)。并且維護(hù)工作量非常大，出現(xiàn)過導(dǎo)壓管疏通后，工藝根部閥內(nèi)結(jié)晶堵塞，無法將根部閥疏通，無法隔離在線處理，導(dǎo)致壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)一直無法監(jiān)測(cè)。糾其上述原因，儀表專業(yè)也采取了相應(yīng)的措施。措施一，原壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的導(dǎo)壓管過長(zhǎng)，導(dǎo)致導(dǎo)壓管頻繁的堵塞，后將導(dǎo)壓管的長(zhǎng)度縮短至200~300 mm，還是無法杜絕導(dǎo)壓管及根部閥結(jié)晶現(xiàn)象；措施二，對(duì)導(dǎo)壓管增加蒸汽伴熱，依然存在導(dǎo)壓管及根部閥結(jié)晶現(xiàn)象；措施三，既然導(dǎo)壓管經(jīng)常結(jié)晶，就將其壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)改為單法蘭毛細(xì)管式，直徑50 mm，原導(dǎo)壓管直徑為Φ18 mm，增加了取樣點(diǎn)的孔徑，防止結(jié)晶導(dǎo)致堵塞，能夠連續(xù)運(yùn)行1 周，仍無法杜絕膜盒結(jié)晶的現(xiàn)象。

為了杜絕變換爐、氣氣換熱器、煤氣過濾器出入口壓力出現(xiàn)不正常指示現(xiàn)象。經(jīng)討論得出整改結(jié)論：在取壓管線根部增加微正壓氮?dú)獯祾撸⒄龎旱獨(dú)獯祾邔?duì)變換爐的觸煤無影響。吹掃裝置帶有就地指示壓力小表、過濾器、止回閥、進(jìn)出口截止閥、恒流閥和針型閥等。在壓力表取壓接口與變換爐根部閥之間增加微正壓氮?dú)獯祾撸龅礁艚^工藝介質(zhì)（粗煤氣）的目的，防止粗煤氣與取壓口接觸導(dǎo)致根部閥及導(dǎo)壓管結(jié)晶現(xiàn)象，保證壓力表監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定監(jiān)測(cè)。

現(xiàn)采取以下措施，在壓力表取壓接口與變換爐根部閥之間增加微正壓氮?dú)夥创担▓D1），增加的微正壓氮?dú)獯祾卟挥绊憠毫Ρ淼娘@示，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)壓力變送器的指示，調(diào)整流量的大小，將壓力的指示偏差控制在最小的范圍內(nèi)，增加氮?dú)獯祾咦龅礁艚^工藝介質(zhì)（粗煤氣）的目的，防止粗煤氣與取壓口接觸導(dǎo)致根部閥及導(dǎo)壓管結(jié)晶現(xiàn)象，保證壓力表監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定監(jiān)測(cè)。現(xiàn)需要增加微正壓氮?dú)夥创?。每個(gè)壓力點(diǎn)對(duì)應(yīng)一路氮?dú)獯祾摺?/p>

圖1 壓力反吹風(fēng)儀表示意圖

1.2 煤化工煤氣水裝置儲(chǔ)罐液位測(cè)量方式改造與應(yīng)用

針對(duì)氣化界區(qū)煤氣水裝置：煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲(chǔ)罐液位監(jiān)測(cè)點(diǎn)冬季頻繁出現(xiàn)指示不正?，F(xiàn)象進(jìn)行優(yōu)化改造。

煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲(chǔ)罐液位指示異常，液位計(jì)指示偏小或液位計(jì)指示跳變，影響工藝人員的操作和監(jiān)盤。

鑒于煤氣水裝置工藝特點(diǎn)：其工藝介質(zhì)成分較為復(fù)雜，含有焦油、粗煤氣、水蒸氣、粉塵和固體顆粒等成分。在裝置的運(yùn)行過程中，煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲(chǔ)罐原采用的雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)器部位會(huì)產(chǎn)生冷凝液，冷凝液內(nèi)又含有少量焦油成分，會(huì)在雷達(dá)液位計(jì)的檢測(cè)器部位凝結(jié)，從而影響液位計(jì)的真實(shí)測(cè)量值。并且維護(hù)工作量非常大，結(jié)晶導(dǎo)致儀表測(cè)量不準(zhǔn)確，需儀表人員不定期地對(duì)液位計(jì)進(jìn)行離線，清除液位計(jì)表面的結(jié)晶物。處理過程中會(huì)導(dǎo)致氣體泄漏，存在人員中毒風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)上述原因，儀表專業(yè)采取了相應(yīng)的措施。將原雷達(dá)液位計(jì)更換為吹掃型雷達(dá)液位計(jì)，結(jié)合吹掃裝置用恒壓恒流氮?dú)獯祾咦尮迌?nèi)介質(zhì)與雷達(dá)液位計(jì)探測(cè)器表面隔離，避免雷達(dá)液位計(jì)探測(cè)器結(jié)晶，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行觀察，改造后液位計(jì)能夠連續(xù)穩(wěn)定且真實(shí)監(jiān)測(cè)工藝參數(shù)。維護(hù)量大幅降低。

為了杜絕氣化界區(qū)煤氣水裝置：煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲(chǔ)罐液位出現(xiàn)不正常指示現(xiàn)象。經(jīng)討論，結(jié)合雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理（發(fā)射-反射-接收）得出整改結(jié)論，將普通雷達(dá)液位計(jì)改為吹氣式雷達(dá)液位計(jì)，在雷達(dá)液位計(jì)上增加微正壓氮?dú)獯祾撸üに噧?chǔ)罐氮封流量10~30 Nm3/h，氮封氣是通過儲(chǔ)罐頂部進(jìn)入，罐內(nèi)壓力是通過氮?dú)膺M(jìn)口流量和罐頂壓力串級(jí)控制來平衡儲(chǔ)罐氮封壓力；罐頂雷達(dá)液位計(jì)增加氮?dú)獯祾吡髁?~6.4 Nm3/h，在罐內(nèi)壓力設(shè)定值不變的情況下，可通過氮封串級(jí)調(diào)節(jié)控制穩(wěn)定），從而保證正壓氮?dú)獯祾邔?duì)儲(chǔ)罐無影響（圖2）。

圖2 儲(chǔ)罐液位控制PID 圖

吹掃裝置帶有就地指示壓力小表、過濾器、止回閥、進(jìn)出口截止閥、恒流閥和流量計(jì)等。在雷達(dá)液位計(jì)探測(cè)器增加微正壓氮?dú)獯祾?，做到隔絕工藝介質(zhì)（焦油、粗煤氣、水蒸氣和粉塵）的目的，本項(xiàng)目徹底解決了工藝介質(zhì)與液位計(jì)探測(cè)器接觸導(dǎo)致探測(cè)器表面結(jié)晶、液位計(jì)失真現(xiàn)象。優(yōu)化了工藝介質(zhì)與液位計(jì)探測(cè)器接觸導(dǎo)致探測(cè)器表面結(jié)晶現(xiàn)象，保證儲(chǔ)罐液位計(jì)長(zhǎng)周期穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，基本做到儀表免維護(hù)。

采取以下措施，吹掃裝置每個(gè)回路帶壓力指示小表，單套總管裝有過濾器、減壓閥，帶有止回閥。每個(gè)吹掃回路帶有進(jìn)出口截止閥，回路裝有恒流閥、流量計(jì)，增加的微正壓氮?dú)獯祾卟挥绊懸何挥?jì)的顯示，每個(gè)液位計(jì)對(duì)應(yīng)一路氮?dú)獯祾撸▓D3）。

圖3 液位反吹風(fēng)儀表示意圖

1.3 煤化工硫回收液硫池液位測(cè)量方式

硫回收液硫池液位計(jì)，測(cè)量介質(zhì)為硫磺溶液，溶液溫度160 ℃左右，被測(cè)介質(zhì)密度大、黏度高、有腐蝕性，冷卻后極易在導(dǎo)壓管內(nèi)結(jié)晶，測(cè)量管路很快就會(huì)堵塞，測(cè)量方式采用吹氣式，根據(jù)工藝要求采用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃，將導(dǎo)壓管插入被測(cè)液體底部，通過調(diào)整轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量，使得導(dǎo)壓管末端有微量氣泡溢出，起到氣體墊的作用，他將容器內(nèi)液體靜壓傳給變送器，為了保證氣體墊不被破壞，要保證進(jìn)入導(dǎo)壓管的氮?dú)馑幜骱懔骱銐?；液位的高度與產(chǎn)生的靜壓成正比關(guān)系，即壓力變送器所受壓力的變化可反應(yīng)出液硫池液位。

2 目前吹掃裝置及吹掃型雷達(dá)物位計(jì)的工作原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 工作原理

吹掃裝置是利用流體力學(xué)的動(dòng)壓補(bǔ)償方式，真實(shí)地反映測(cè)點(diǎn)的壓力值，吹掃的壓力大于被測(cè)的壓力，徹底解決了多粉塵和高溫狀態(tài)下壓力測(cè)量管路的堵塞問題。采用金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)與恒流閥配合，構(gòu)成流量吹掃，實(shí)現(xiàn)并保持長(zhǎng)時(shí)間流量的穩(wěn)定恒定輸出；由于轉(zhuǎn)子流量計(jì)秉承了安全可靠、測(cè)量精準(zhǔn)穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，吹掃裝置流量計(jì)對(duì)于入口壓力或出口壓力變化時(shí)，能夠保證流量恒流輸出，可以廣泛地應(yīng)用于石油化工、煤化工、鋼鐵等行業(yè)變送器的吹掃、液位測(cè)量等過控制中。

調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)物位計(jì)采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)。發(fā)射信號(hào)頻率與接收信號(hào)頻率的頻率差與被測(cè)距離成正比，采集到的頻率差信號(hào)，經(jīng)快速傅里葉變換得到反射回波的頻譜，并以此計(jì)算得出待測(cè)目標(biāo)的距離。

具有太赫茲波段的電磁特性，這使得其有其他測(cè)量雷達(dá)產(chǎn)品所不具有的特性，比如其具有對(duì)非極性物質(zhì)的穿透能力（象射線性質(zhì)），在強(qiáng)黏著強(qiáng)粉塵的工業(yè)環(huán)境下，其有著很理想的測(cè)量穩(wěn)定性和環(huán)境抗干撓能力。本產(chǎn)品還由于其具備極小的天線波束角和很強(qiáng)的自適應(yīng)自動(dòng)增益功能，在決大多數(shù)情況下也不需要使用瞄準(zhǔn)器配置。

2.2 工作特點(diǎn)

吹掃裝置配備方面，雷達(dá)天線經(jīng)過特殊工藝加工，傳感器外部預(yù)留了壓縮空氣或氮?dú)獾慕涌?，?jīng)傳感器進(jìn)入后氣體從天線密封面周圍均勻分布的吹掃孔吹出，天線吹掃孔采用φ2 孔數(shù)8 個(gè)均勻分布。采用法蘭360°環(huán)形吹掃，吹掃孔采用1/4NPT（F），吹掃裝置進(jìn)氣成套帶1/2"快速接口，吹掃裝置與雷達(dá)物位計(jì)之間采用管卡套連接，一體化安裝方便。從而避免物料或粉塵附著雷達(dá)天線表面。

調(diào)頻吹掃雷達(dá)更可靠耐用：由于現(xiàn)場(chǎng)工藝介質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、惡劣，隨著在線運(yùn)行時(shí)間推移，雷達(dá)液位計(jì)天線會(huì)堆積污物、冷凝氣等，采用氮?dú)獯祾哂兄览淠龤?、防結(jié)晶、防附著物的效果，做到了最佳的測(cè)量效果。

目前采用的調(diào)頻吹掃雷達(dá)發(fā)射頻率為78~81 GHz；脈沖雷達(dá)為26 GHz；調(diào)頻吹掃雷達(dá)波束角為3°，聚焦穿透性能好，能夠應(yīng)對(duì)粉塵、水汽、酸霧等諸多干擾因素，而脈沖雷達(dá)一般Φ96 的喇叭天線的波束角為8°；相較于脈沖雷達(dá)，調(diào)頻吹掃雷達(dá)采用一體式透鏡天線、不易受物料附著影響，可適用于各種惡劣復(fù)雜的工況，天線尺寸小，安裝要求低，且維護(hù)方便；吹掃功能頻率更集中，由于兩者波長(zhǎng)不同，脈沖雷達(dá)波長(zhǎng)11 mm，調(diào)頻雷達(dá)波長(zhǎng)3 mm 左右，雷達(dá)測(cè)量散裝料位時(shí)，雷達(dá)波反射主要來自料面的漫反射[1]，漫反射的強(qiáng)度與物料大小成正比，與波長(zhǎng)成反比[2]。

調(diào)頻吹掃雷達(dá)方向性更好：在一些小罐測(cè)量中，脈沖雷達(dá)天線較長(zhǎng)，無形中增大了盲區(qū)（大約600 mm），且雷達(dá)方向性差（開角大），在罐中會(huì)產(chǎn)生多徑反射[3]，調(diào)頻雷達(dá)天線比脈沖雷達(dá)更短，波束角最小可以做到3°，適用于大部分工況。

3 煤化工反吹風(fēng)儀表改造創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用效果

3.1 創(chuàng)新點(diǎn)

在壓力表取壓接口與變換爐根部閥之間增加微正壓氮?dú)獯祾?，氮?dú)饽軌蛴行Ц艚^工藝介質(zhì)（粗煤氣），從而有效避免儀表根部閥及導(dǎo)壓管結(jié)晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，使得壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

為保證生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，在雷達(dá)液位計(jì)探測(cè)器表面增加微正壓氮?dú)獯祾?，氮?dú)饽軌蛴行Ц艚^工藝介質(zhì)（焦油、粗煤氣、水蒸氣和粉塵），從而有效避免液位計(jì)探測(cè)器接觸導(dǎo)致探測(cè)器表面結(jié)晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，使得儲(chǔ)罐液位計(jì)能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

吹掃裝置帶有過濾器、止回閥、恒流閥和針型閥，一是能夠避免氮?dú)鈮毫Φ蜁r(shí)粗煤氣串入氮?dú)夤芫€污染氮?dú)夤芫W(wǎng)；二是能夠保證進(jìn)入變送器的氮?dú)鉃楹銐汉懔?，避免變送器?shí)測(cè)值波動(dòng)。

在煤氣水儲(chǔ)罐液位測(cè)量方式上兩者結(jié)合使用，使得其以最佳狀態(tài)適應(yīng)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，滿足長(zhǎng)周期高負(fù)荷安全生產(chǎn)需要。

3.2 應(yīng)用效果

氣化變換爐、氣氣換熱器、煤氣過濾器出入口壓力變送器導(dǎo)壓管及工藝根部閥不出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，完全做到儀表免維護(hù)。

煤氣水裝置：煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲(chǔ)罐液位不出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，液位計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定監(jiān)測(cè)且真實(shí)反映工藝參數(shù)，基本做到儀表免維護(hù)。

從以上改造結(jié)果推斷，當(dāng)前反吹風(fēng)儀表的應(yīng)用，相對(duì)較為樂觀，安全穩(wěn)定可靠。不僅可以滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)使用要求，且穩(wěn)定、節(jié)能，廣泛受到石油及化工行業(yè)的認(rèn)可。

吹掃技術(shù)實(shí)施后，取得了很好的效果，使得儀表在黏度大、易凝、易結(jié)晶和易腐蝕的環(huán)境下能實(shí)現(xiàn)最佳測(cè)量狀態(tài)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

應(yīng)用特殊反吹風(fēng)測(cè)量方式不僅可以進(jìn)行壓力、差壓測(cè)量，也可以進(jìn)行流量和液位的測(cè)量，得到了成功的應(yīng)用和實(shí)踐[4]，這里僅介紹了用氣體反吹測(cè)量壓力和液位。

通過在氣化煤氣水裝置的儲(chǔ)罐液位測(cè)量的改造中，成功將吹掃型雷達(dá)與吹掃裝置相結(jié)合應(yīng)用，完全克服了煤氣水儲(chǔ)罐液位測(cè)量元件黏附物對(duì)液位的準(zhǔn)確測(cè)量。而反吹式儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、安裝方便等特點(diǎn)，為此，在煤化工及石油煉化的化工裝置上[5]，對(duì)于黏度大、易凝、易結(jié)晶和易腐蝕的液位測(cè)量，反吹風(fēng)儀表也是一種可以選擇的液位測(cè)量?jī)x表。

為了加強(qiáng)企業(yè)裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，就必須保證裝置儀表的可靠穩(wěn)定，儀表自動(dòng)化的創(chuàng)新工作是長(zhǎng)期工作，也是一項(xiàng)艱巨工作，反映了煤化工領(lǐng)先的自動(dòng)化水平。因此，儀表專業(yè)技術(shù)人員還需要掌握各種儀表的原理和特性，通過合理的儀表選型和優(yōu)質(zhì)的安裝調(diào)試，才能進(jìn)一步將儀表融合應(yīng)用，將其使用的價(jià)值充分發(fā)揮出來，以此促進(jìn)我國(guó)煤化工企業(yè)持續(xù)、健康、快速、穩(wěn)定發(fā)展[6]。