吹氣式液位計在濃密機上清液罐應(yīng)用分析

劉 娜 ,張明生 ,曾曉萍 ,韓彤杏

(1.西北鉛鋅冶煉廠,甘肅白銀 730900;2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 引言

鋅冶煉企業(yè)有許多露天槽罐,如浸出車間濃密機上清液,由于槽內(nèi)液面上部充滿高溫污濁蒸汽,生產(chǎn)中根本無法從觀察孔或敞口處查看實際液位,常采用雷達液位計、超聲波液位計進行測量。由于生產(chǎn)需要,浸出工序液體具有高溫和腐蝕性,雷達、超聲波液位計在測量液位時,測量不準、冒槽、使用壽命短等現(xiàn)象是儀表設(shè)備經(jīng)常面臨的“卡脖子”問題。吹氣法檢測液位因其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單可靠,特別適用被測介質(zhì)存在腐蝕性、放射性、引壓管易堵塞、敏感部件易被粘附等特殊狀況,測量方法及設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢,因此是一種普遍被采用的經(jīng)典測量方法和設(shè)備選型考量原因。

1 液位測量在某鉛鋅冶煉廠生產(chǎn)中的重要作用

某鉛鋅冶煉廠作為西北最大的濕法煉鋅企業(yè),煉鋅流程為:鋅精礦礦石沸騰焙燒→焙砂連續(xù)浸出→浸出液兩段連續(xù)新液→凈液凈化除銅、鎘、鈷、鎳→電解電積產(chǎn)出陰極鋅→陰極鋅熔鑄得到產(chǎn)品鋅錠。浸出工序就是以固態(tài)氧化鋅向液態(tài)硫酸鋅進行反應(yīng)生產(chǎn),生產(chǎn)的各個指標和參數(shù)也是在液體環(huán)境中進行測量和判定的,液位是液體物料耗量或者產(chǎn)量計量的重要參數(shù),液位正常與否反應(yīng)了生產(chǎn)是否正常,是否連續(xù),設(shè)備是否安全運作,液位的測量就顯得尤為重要。

液位測量儀表的選型和使用與生產(chǎn)工藝與介質(zhì)緊密相關(guān),綜合來說,使用液位儀表的目的主要有以下幾種。

1)用于企業(yè)計量與經(jīng)濟核算,只需測得容器中儲藏液體的體積或重量即可。

2)監(jiān)視容器內(nèi)液位,在容器達到允許存蓄的上、下限時發(fā)出報警信號,液位變化以開關(guān)信號形式輸出。

3)根據(jù)檢測儀表液位瞬時信號反映生產(chǎn)所需參數(shù),保證液位在生產(chǎn)需要的高度。

某鉛鋅冶煉廠液位的測量主要用的液位計有磁翻板液位計、超聲波液位計、吹氣式液位計測量液位,相比之下,吹氣式液位計測液位適用于某鉛鋅冶煉廠強腐蝕、強酸、整套設(shè)備不用接觸上清液就可以測定液位、密度、界面等參數(shù),而且便于儀器的維修和控制,適用浸出車間霧氣大,多結(jié)晶的生產(chǎn)環(huán)境,節(jié)省人力,性價比較其他兩種液位計高。

液位作為保證生產(chǎn)連續(xù)性和設(shè)備安全性的一大重要參數(shù),選擇匹配的液位測量監(jiān)測儀表,對工業(yè)自動化系統(tǒng)穩(wěn)步發(fā)展和企業(yè)自動化水平提升都具有重要的作用。例如在連續(xù)生產(chǎn)的情況下,維持濃密機中液位高度的穩(wěn)定,對液位實施實時監(jiān)控測量,防止液體冒罐造成生產(chǎn)事故,或者液位過低,影響生產(chǎn)正常進行,總體來說,液位穩(wěn)定對保證生產(chǎn)和設(shè)備的安全有效是必不可少的。

2 吹氣式液位計的原理與性能

在存蓄腐蝕性、高粘度或含有懸浮顆粒的介質(zhì)敞口容器液位測量時,常選用吹氣式液位計。

2.1 吹氣式液位計原理

吹氣式液位計一整套設(shè)備由導(dǎo)管、液位指示壓力表、浮子流量計、節(jié)流閥、氣源壓力計、減壓閥、過濾器、氣閥組成,在敞口容器中插人一根導(dǎo)管,壓縮空氣作為氣源的路徑由:氣閥→過濾器→減壓閥→氣源壓力計→節(jié)流閥,最終氣體流經(jīng)過浮子流量計由導(dǎo)管溢出,如圖1 所示。氣閥用來控制氣流的開關(guān)及大小,再經(jīng)過濾器過濾潔凈后符合液位計使用要求,氣流經(jīng)減壓閥將根據(jù)生產(chǎn)需要的液位高度將壓力降至恒定壓力值,恒定壓力的潔凈壓縮空氣經(jīng)節(jié)流閥限流、恒流作用,在浮子流量計顯示流量,最后恒流氣體從導(dǎo)管下端溢出排入大氣。

圖1 吹氣式液位計的原理

當導(dǎo)管下端有微量氣泡(約為150 個/min)溢出時,因氣泡微量且空氣流速較低,忽略空氣在導(dǎo)管中的沿程損失,這樣導(dǎo)管內(nèi)的氣壓幾乎與液位靜壓相等,因此由壓力表指示的壓力值和液體內(nèi)部壓強公式即可算出液位高度H。

若吹氣式液位計氣體流流量過大,會導(dǎo)致流經(jīng)導(dǎo)管的壓降和測量誤差變大;流量過小,又會造成實際液位與壓力顯示出現(xiàn)相應(yīng)壓力有時間上的滯后。為此,用以觀察流量的大小的浮子流量計,幫助我們監(jiān)測選取一個合適的氣體流量數(shù)值,即生產(chǎn)中最高液位時氣泡均勻逸出的氣體流量為宜。

2.2 吹氣式液位計測量原理

凈化后的壓縮空氣經(jīng)過減壓閥→恒流器→轉(zhuǎn)子流量計進入吹氣測量管。恒流器顧名思義是獲得恒定壓力的氣體流,吹氣管分為長短兩個吹氣管,目的是獲得差壓值。在忽略管道阻力等其他影響因素下,右側(cè)長吹氣測量管內(nèi)氣體壓力為差壓變送器的高壓腔所受的壓力,左側(cè)短吹氣測量管插入較淺且不和液體接觸,差壓變送器低壓腔所受的壓力就是大氣壓力,即為不受壓力。差壓變送器所測量的差壓ΔP就是長吹氣測量管下端到液面的液柱靜壓值。

圖2 吹氣式液位計測量原理圖

差壓ΔP與液位h有式(1)所示關(guān)系。

也可以寫為h=ΔP/ρg,記k=1/ρg,則有式(2)。

所以,得到液位高度h與差壓變送器測量到的ΔP成線性關(guān)系,差壓變送器傳感器輸出電壓施加到電子部件上,轉(zhuǎn)化成4～20 mA 的輸出電流,根據(jù)電流與壓力對照表,得到壓力,對應(yīng)算出上清液液位高度。這就是吹氣式液位計的測量原理。

測量精度受吹氣壓力、吹氣流量、界面溫度、密閉容器壓力等因素的影響,企業(yè)要根據(jù)實際生產(chǎn)需要及長時間設(shè)備運行經(jīng)驗選擇合適的工藝參數(shù)值,以滿足儀表設(shè)備精度和穩(wěn)定性要求。壓縮空氣進入后,轉(zhuǎn)子流量計會有一個上下浮動,如果測量液體是水,則浮動到流量計量程的50%即可,在某鉛鋅冶煉廠生產(chǎn)實際中,由于浸出液為酸溶液,且含有的雜質(zhì)較多,所以導(dǎo)致濃密機內(nèi)液體密度較大,所以吹氣時,轉(zhuǎn)子流量計上下浮動30%～40%即可。

吹氣式液位計優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,最適合于具有腐蝕性、含有懸浮顆粒液體的液位測量,選型時最好避開密閉容器的液位測量,若不得已用于密閉容器液位測量,必須在容器上部開設(shè)通氣孔;它的缺點是需要氣源,而且只能適用于靜壓不高、準確度要求不高的場合。氣源采用氮氣或二氧化碳氣體,可滿足易燃、易氧化液體的液位測量。

2.3 吹氣式液位計在某鉛鋅冶煉廠安裝使用注意事項

1)氣管有兩個管口,其中長管管口安裝時位置應(yīng)在濃密機底部結(jié)晶上部,以利于吹氣管中氣泡的逸出。

2)一般情況下,吹氣管的管口采用平口方式。

3)為防止上清液倒流,吹氣式液位計以及差壓變送器的安裝標高要高于濃密機內(nèi)最高液面的標高,保證測量設(shè)備不被介質(zhì)污染和浸泡。

4)氣管的氣體流量,要根據(jù)生產(chǎn)工藝實際選擇合適的氣體量,最好能滿足吹氣式液位計的測量精度,方便的設(shè)置吹氣式液位計的工作點。

5)氣管路在安裝時,要嚴格試壓,在確認無漏氣后才能投表運行。要定期檢查并觀察流量計的示值,以便及時發(fā)現(xiàn)堵塞和漏氣現(xiàn)象。

2.4 吹氣式液位計在某鉛鋅冶煉廠常見故障分析及解決方法

1)由于上清液pH 值為強酸,是一種帶有腐蝕性、高粘度、多種雜質(zhì)混合的高懸濁物液體,對測量儀器的防腐蝕性要求較高,某鉛鋅冶煉廠一期系統(tǒng)中吹氣式液位計長的吹氣測量管用316 鋼管,二期系統(tǒng)吹氣裝置測量管用914 鋼管,有效的滿足了生產(chǎn)要求,但是長時間使用也會造成測量管腐蝕滲透,存在些許小孔,造成漏氣現(xiàn)象,影響測量精度。要定期檢查并觀察流量計的示值,以便及時發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象,更換測量吹氣鋼管。

2)上清液中含有多種有用金屬和大量的礦石泥土雜質(zhì),在浸出現(xiàn)場可以看到,濃密機內(nèi)部和上清液流槽中有很多結(jié)晶,結(jié)晶達到一定程度就會堵塞管道,造成測量精度誤差。雖然濃密機底部會沉淀很大一部分底流結(jié)晶,但是吹氣式液位計吹氣時,還是有雜質(zhì)結(jié)晶會進入吹氣測量管,長時間會造成吹氣管孔徑縮小甚至堵塞,導(dǎo)致壓縮空氣進入較慢,進入氣體壓力值較小,甚至不再進入,影響測量時間和測量精度。要定期的檢查并觀察流量計的示值,以便及時發(fā)現(xiàn)堵塞,及時更換吹氣測量管,保證儀器正常使用。

3 吹氣式液位計在浸出工序的重要地位

浸出工序作為某鉛鋅冶煉廠濕法煉鋅的核心工序,上清液的各個參數(shù)測定都非常重要,而濃密機作為浸出工序的核心設(shè)備,某鉛鋅冶煉廠浸出工序共有9 臺濃密機,其中中性浸出2 臺、一段酸浸1臺、二段酸浸1 臺、預(yù)中和1 臺、沉礬1 臺、酸洗3臺。除了備用的之外,其他參與生產(chǎn)的濃密機上部都安裝吹氣式液位計,由氣源、減壓閥、恒流器、轉(zhuǎn)子流量計、差壓變送器和吹氣管組成吹氣式液位計,采用316 鋼管和914 鋼管插入濃密機內(nèi)部達到防腐蝕的效果,液位計在非接觸式的強酸、強腐蝕、多霧氣、多結(jié)晶、高粘度、高懸濁物的環(huán)境中測量上清液液的密度和液位。及時掌握上清液液位、密度和結(jié)晶量等各個參數(shù)。濃密機上清液液位的正常測量監(jiān)測保證了浸出各個工序正常進行和新液生產(chǎn)的穩(wěn)定,保證了整個系統(tǒng)的體積平衡、鋅酸平衡和渣的平衡。

4 吹氣式液位計在浸出工序測量液位的優(yōu)勢

1)浸出工序使用吹氣式液位計與超聲波液位計對比,浸出工序使用吹氣式液位計與超聲波液位計的各項對比,如表1 所示。

表1 吹氣式液位計與超聲波液位計對比表

2)由于某鉛鋅冶煉廠采用濕法煉鋅工藝,焙砂的后續(xù)處理工藝流程都是在強酸、強腐蝕性、多雜質(zhì)、多結(jié)晶的環(huán)境介質(zhì)中進行的。對于工作人員來說,有些設(shè)備是無法頻繁接觸來實現(xiàn)測量工藝參數(shù)的,譬如浸出工序的濃密機內(nèi)上清液的液位、密度等,所以,對于液體介質(zhì)的各種參數(shù)測量,采用非接觸測量的方法,既可以便于自控系統(tǒng)及儀器的維護與檢修,又可以測量介質(zhì)的液位,還可以使變送器等儀表遠離設(shè)備(吹氣式液位計不需要裝在濃密機內(nèi)部),達到保護設(shè)備,延長使用壽命的機會。

3)克服了浸出工序霧氣大不利于讀數(shù)、上清液高粘度、有懸濁物難測量的困難。

4)吹氣式液位計的吹氣測量管采用316 鋼管或者914 鋼管,可以有效地防酸性溶液腐蝕,探測器能長久耐用。

5)吹氣管遇到結(jié)晶堵塞現(xiàn)象,清理結(jié)晶,或者只需更換吹氣測量管,吹氣式液位計還可以繼續(xù)使用,增加了儀器的使用頻次與壽命。

6)結(jié)構(gòu)簡單,對上清液溫度變化不敏感,不需要進行溫度補償。

7)安裝簡單,性價比高,為某鉛鋅冶煉廠生產(chǎn)節(jié)省大量成本。

5 結(jié)束語

吹氣式液位測量裝置適用某鉛鋅冶煉廠浸出工序生產(chǎn)環(huán)境,能有效的測量強腐蝕、強酸、高粘度、高懸濁物的上清液液位,而且價格便宜、性能穩(wěn)定、儀器使用壽命長、節(jié)省成本、符合節(jié)能降耗原則,因其性價比優(yōu)于其他測量裝置,尤其在測量貯槽液位領(lǐng)域運用廣泛,在冶煉、化工行業(yè)有很好的使用價值。