應用案例
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深圳計為自動化技術有限公司
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高溫型音叉液位開關用于尿素合成塔中的液位測量
尿素是農業生產中的一種重要肥料，在農業生產中起著非常關鍵的作用，需求量極大。為滿足農業生產的需要，每年需要生產供應大量的尿素。尿素的生產工藝流程是以原料煤利用蒸汽和空氣為汽化劑，在煤氣反應爐內產生半水煤氣，經甲醇、烴化等工藝將氣體凈化，除去雜質后，將純凈的氮氫混合氣體壓縮合成為氨，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的順利進行，離不開對尿素生產過程中液位的測量和控制。其中最為關鍵的是對尿素合成塔的液位測量與監控。這是因為尿素合成塔具有非常惡劣的工況，對儀表也有十分苛刻的要求。這突出表現在尿素合成塔高溫高壓的應用環境中，其壓力和溫度分別達到3Mp和200℃。除高溫高壓外，尿素合成塔的工況也具有較強的腐蝕性和爆炸性危險。有關尿素合成塔爆炸的新聞，在國內外時有發生，近年在我國山東和河北就有兩起尿素合成塔爆炸事故發生。據分析爆炸的誘因是內襯腐蝕泄漏，層板應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，還能耐受較強的腐蝕性，具有較高的防爆等級。
市面上可選擇的液位開關很多，有接觸式的有電容式液位開關、射頻導納液位開關、浮球液位開關、以及音叉液位開關等。那么，在尿素合成塔這樣的嚴苛的工藝條件下，哪些液位開關較為適合呢？
電容式液位開關的工作原理是：液位高低變化導致探頭被覆蓋區域大小發生變化，從而導致電容值發生變化。探頭與罐壁（導電材料制成）構成一個電容。當罐體中有物料注入時，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區域面積的增加而相應地增大，通過檢測電容值的變化輸出開關報警信號。由于電容式液位開關的探頭由絕緣材料PTFE制成，當放置在溫度接近200℃的介質中時，其耐壓能力較弱，尿素合成塔的壓力遠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，尿素易滲透進絕緣套內，易造成儀表指示異常。
從電容式物位控制技術發展起來的射頻導納物位控制技術，與電容式物位控制技術相比，增加了放掛料電路設計，在粘附性物料上有一定的優勢，但是在高溫高壓的環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，在高壓環境下彼此之間易產生間隙從而影響儀表的準確測量。探頭如果出現故障，只能重新更換，而這無疑增加了額外開支。
浮球液位開關是基于浮力和靜磁場原理設計而成。浮球（帶有磁體）在被測介質中的位置受浮力作用影響，隨著液位的變化，浮球的位置也發生變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關）作用，產生開關信號。但浮球液位開關不適合尿素合成塔中的高壓高溫工況，且測量可靠性低，其機械式結構拆卸、清潔也很復雜。
音叉液位開關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。當音叉液位開關的音叉與被測介質相接觸時，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報警信號。音叉液位開關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、氣密絕緣套管以及高防護等級，使得計為Ring-11高溫型音叉液位開關能夠在壓力較大腐蝕性較強的場合應用。
在尿素生產中，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重，許多生產企業的尿素合成塔等設備均因腐蝕問題進行過停車搶修。腐蝕問題也因其成為尿素穩定生產的嚴重障礙而日益受到重視。
相較浮球液位開關、電容式液位開關、射頻導納液位開關，計為Ring-11高溫型音叉液位開關能夠耐受較高的壓力，具有較強的耐腐蝕性。其探頭采用一體化設計，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的316L不銹鋼材質，在具有較高壓力和較強腐蝕性的強酸強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孔沖流到表頭導致外泄事故的發生。
不僅如此，為滿足超強腐蝕性液體工況的測量需要，計為自動化還提供ECTFE、PFA涂層等選項供用戶選擇。其整機防護等級高達IP66/IP67。這樣的保護措施無疑使儀表整機具有更高的安全性能。
3．多種信號輸出方式備選，叉體短小，應用廣泛，穩定可靠，抗干擾能力強。
除了適應于高溫高壓腐蝕性較強的應用工況外，計為Ring-11音叉液位開關擁有繼電器、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，計為音叉液位開關的叉體較短，長僅40mm，特別適合管道等狹小空間的液位測量。該音叉液位開關基于檢測頻率變化的設計，經過精密調諧的兩個叉體振動特性完全對稱，能夠實現完全共振，具有較強的抗干擾能力，可測介質密度低至0.5g/cm3，且免受泡沫、氣泡、粘稠、振動以及液體特性的影響，與同類產品相比，抗粘附能力更強，且不易發生誤報警現象，可靠性更高。
4．雙防爆認證，防爆等級高。
計為Ring-11音叉液位開關通過本安、隔爆雙防爆認證，其中，本安的防爆等級高達Ex ia IIC T6 Ga，隔爆的防爆等級高達Ex d IIC T6 Gb，較高的安全性，使其非常適合應用在尿素合成塔這種腐蝕性強，易于爆炸的工況環境中。
計為Ring-11高溫型音叉液位開關的上述特點，與尿素合成塔的工況要求十分匹配，完全勝任該復雜工況，非常適合用于尿素合成塔中的液位測量。該產品自投入使用以來，其安全、穩定、可靠、免維護的特性，為儀表的穩定安全運行提供了可靠保證，受到客戶的一致好評。
為保證整個尿素生產的順利進行，離不開對尿素生產過程中液位的測量和控制。其中最為關鍵的是對尿素合成塔的液位測量與監控。這是因為尿素合成塔具有非常惡劣的工況，對儀表也有十分苛刻的要求。這突出表現在尿素合成塔高溫高壓的應用環境中，其壓力和溫度分別達到3Mp和200℃。除高溫高壓外，尿素合成塔的工況也具有較強的腐蝕性和爆炸性危險。有關尿素合成塔爆炸的新聞，在國內外時有發生，近年在我國山東和河北就有兩起尿素合成塔爆炸事故發生。據分析爆炸的誘因是內襯腐蝕泄漏，層板應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，還能耐受較強的腐蝕性，具有較高的防爆等級。
市面上可選擇的液位開關很多，有接觸式的有電容式液位開關、射頻導納液位開關、浮球液位開關、以及音叉液位開關等。那么，在尿素合成塔這樣的嚴苛的工藝條件下，哪些液位開關較為適合呢？
電容式液位開關的工作原理是：液位高低變化導致探頭被覆蓋區域大小發生變化，從而導致電容值發生變化。探頭與罐壁（導電材料制成）構成一個電容。當罐體中有物料注入時，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區域面積的增加而相應地增大，通過檢測電容值的變化輸出開關報警信號。由于電容式液位開關的探頭由絕緣材料PTFE制成，當放置在溫度接近200℃的介質中時，其耐壓能力較弱，尿素合成塔的壓力遠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，尿素易滲透進絕緣套內，易造成儀表指示異常。
從電容式物位控制技術發展起來的射頻導納物位控制技術，與電容式物位控制技術相比，增加了放掛料電路設計，在粘附性物料上有一定的優勢，但是在高溫高壓的環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，在高壓環境下彼此之間易產生間隙從而影響儀表的準確測量。探頭如果出現故障，只能重新更換，而這無疑增加了額外開支。
浮球液位開關是基于浮力和靜磁場原理設計而成。浮球（帶有磁體）在被測介質中的位置受浮力作用影響，隨著液位的變化，浮球的位置也發生變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關）作用，產生開關信號。但浮球液位開關不適合尿素合成塔中的高壓高溫工況，且測量可靠性低，其機械式結構拆卸、清潔也很復雜。
音叉液位開關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。當音叉液位開關的音叉與被測介質相接觸時，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報警信號。音叉液位開關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250℃，能夠滿足尿素合成塔的溫度要求。
近期，計為Ring-11高溫型音叉液位開關成功用于某化肥廠的尿素合成塔液位測量。這主要得益于計為Ring-11高溫型音叉液位開關相較國內普通型音叉液位開關所具有一系列優勢，具體表現在以下幾個方面：
1．在耐高溫方面，根據用戶工況需要，計為Ring-11高溫型音叉液位開關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、氣密絕緣套管以及高防護等級，使得計為Ring-11高溫型音叉液位開關能夠在壓力較大腐蝕性較強的場合應用。
在尿素生產中，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重，許多生產企業的尿素合成塔等設備均因腐蝕問題進行過停車搶修。腐蝕問題也因其成為尿素穩定生產的嚴重障礙而日益受到重視。
相較浮球液位開關、電容式液位開關、射頻導納液位開關，計為Ring-11高溫型音叉液位開關能夠耐受較高的壓力，具有較強的耐腐蝕性。其探頭采用一體化設計，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的316L不銹鋼材質，在具有較高壓力和較強腐蝕性的強酸強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孔沖流到表頭導致外泄事故的發生。
不僅如此，為滿足超強腐蝕性液體工況的測量需要，計為自動化還提供ECTFE、PFA涂層等選項供用戶選擇。其整機防護等級高達IP66/IP67。這樣的保護措施無疑使儀表整機具有更高的安全性能。
3．多種信號輸出方式備選，叉體短小，應用廣泛，穩定可靠，抗干擾能力強。
除了適應于高溫高壓腐蝕性較強的應用工況外，計為Ring-11音叉液位開關擁有繼電器、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，計為音叉液位開關的叉體較短，長僅40mm，特別適合管道等狹小空間的液位測量。該音叉液位開關基于檢測頻率變化的設計，經過精密調諧的兩個叉體振動特性完全對稱，能夠實現完全共振，具有較強的抗干擾能力，可測介質密度低至0.5g/cm3，且免受泡沫、氣泡、粘稠、振動以及液體特性的影響，與同類產品相比，抗粘附能力更強，且不易發生誤報警現象，可靠性更高。
4．雙防爆認證，防爆等級高。
計為Ring-11音叉液位開關通過本安、隔爆雙防爆認證，其中，本安的防爆等級高達Ex ia IIC T6 Ga，隔爆的防爆等級高達Ex d IIC T6 Gb，較高的安全性，使其非常適合應用在尿素合成塔這種腐蝕性強，易于爆炸的工況環境中。
計為Ring-11高溫型音叉液位開關的上述特點，與尿素合成塔的工況要求十分匹配，完全勝任該復雜工況，非常適合用于尿素合成塔中的液位測量。該產品自投入使用以來，其安全、穩定、可靠、免維護的特性，為儀表的穩定安全運行提供了可靠保證，受到客戶的一致好評。
TAGS : 音叉液位開關
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