浮筒液位計在尿素裝置的運用故障分析及處理方案

來源：作者：發布日期：2020-09-08 16:00:34

摘　要：通過對浮筒液位計原理的分析，針對浮筒測量介質存在的易結晶堵塞的情況，提出了可行的解決方案，為國產化大化肥尿素解析水解系統液位準確測量及相同情況下的液位測量提供了解決方案和理論依據。

寧夏石化公司三化肥裝置是集團公司在國內首套采用自主技術建設、工藝技術全部實現國產化、主要設備的國產化率達到95％以上、具有國際先進水平的大型氮肥生產裝置。加強技術改造和消除裝置運行瓶頸的攻關，是公司三化肥裝置負荷穩步提高，生產安全平穩的有力手段。裝置運行以來，解析水解系統、高壓合成系統等關鍵設備浮筒液位計出現假指示現象，導致高壓合成系統不能保證尿素成品質量，解析水解系統循環排放環保指標不合格。高壓系統、解析水解系統解析塔、水解塔液位控制系統采用浮筒液（界）位變送器（如圖1所示）測量設備液位的變化，測量液體為含有尿液、氨水、甲胺液等混合介質。介質特性具有黏稠、懸浮物、易結晶的特點，在工作溫度低于132.7℃下，測量介質出現結晶狀態。現場浮筒液位計采用側連接方式，經常性地出現連接法蘭被結晶物堵塞的現象，嚴重狀況下出現浮筒液位計扭力管被結晶物粘連傳感器無法正常工作的狀況。

浮筒測量原理及存在問題的改進方案

SCDLC3000浮筒液（界）位變送器由浮筒測量室、測量機構、浮筒組成，利用杠桿原理和測應力的方法，通過內浮筒所受的浮力變化量，使扭力管產生扭轉，使高精度的傳感器獲取與物位變化一致的測量信號，再經專用電路轉換成 4~20mA 的標準信號輸出。

主要部件作用及其工作原理：杠桿的末端吊有內筒，內筒隨介質的浮力變化而升降，這個浮力作用在杠桿上，杠桿在浮力的作用下，帶動與傳力芯軸相連接的扭桿轉動，扭桿的一端壓迫稱重傳感器產生微小的形變，傳感器將形變位移量轉換成電信號，再經信號處理及轉換電路轉換成4~20mA 標準信號輸出，即完成變換過程。

從浮筒液位計的工作原理（圖2）得知，其正常工作條件必須在浮子安裝完好的情況下，扭力管組件、杠桿組件對矢量角變化的傳輸準確，要求浮子位移的變化能正常穩定地反映到電子線路組組件。

1.1 原因分析

尿素裝置高壓合成和解析水解系統介質為尿液、氨水、甲胺液，尿液的熔點及凝固點為132.7℃，界區浮筒液位計安裝形式采用側安裝，氣、液相安裝截止閥，閥門開度小或者卡澀，尿液結晶物堵塞，引發液位計不能反映實際液位的變化。如圖3所示采用對引壓閥加伴熱管線的措施，防止被測介質在截止閥處結晶堵塞閥門。

2019年4月，是三化肥裝置建成投產階段，裝置運行以來，解析水解系統運行不穩定，系統的循環、環保排放指標達不到標準，尤其解析塔、水解塔液位控制 LIC3802A/B、LIC3803A/B、 LIC3805A/B 浮筒液位計出現實際液位有變化，但指示偏高、偏低或指示不跟蹤的問題，嚴重影響解析水解系統工藝的操作，雖然經過的液位計測量范圍的標定、截止閥伴熱管線的安裝、浮筒的定期沖洗等措施，穩定運行周期短，從根本上沒有解決故障原因。

高壓系統 LT3203A/B 液位有顯示，但不跟蹤，對浮筒排放作業過程中，發現液位計浮筒內結晶物沉積硬化，浮筒掛壁物嚴重。采用定期沖洗措施，基本保證了液位計能夠滿足生產需要。

在對 LT3203A/B 浮筒沖洗、截止閥疏通作業完成儀表投運后，液位計有指示但無變化。在將浮筒扭力管保護腔密封堵頭拆卸檢查，扭力管腔室有尿液結晶物沉積，杠桿組件、扭力管被結晶物卡澀，無法傳輸液位變化產生的矢量角位移變化。

在截止閥疏通、浮筒沖洗后無卡澀，工藝介質密度、工作溫度、壓力無較大變化，液位計測量范圍參數組態無偏差、電子組件完好的狀態下，引起測量誤差的原因只有杠桿傳輸組件因素所致，杠桿組件的扭力管、傳力芯軸正常工作是保證液位計準確測量的關鍵。

1.2 方案實施

從SC DLC3000浮筒液（界）位變送器結構（圖4）可知，液位的變化改變浮筒浮力變化使浮筒產生位移，位移的矢量角變化經過杠桿、扭力管傳輸到傳感器。浮筒掛鉤與杠桿連接，杠桿轉動軸與扭力管在保護管中與液體的氣相直接相通，保護管腔室的工藝氣通過柔性石墨密封件與傳感器隔離。

依據杠桿轉動軸與扭力管在保護管中與液體的氣相直接相通的結構特點，浮筒液位計扭力管保護管具有密封堵頭的便利條件，在保護管密封堵頭處引用0.4MPa 蒸汽（圖5箭頭處所示），對扭力管保護腔室進入的工藝氣液介質蒸汽加熱，防止尿液、甲胺液在杠桿、扭力管產生結晶物。杠桿組件與傳感器之間采用的柔性石墨密封件具有耐高溫的特點，引用蒸汽吹掃加熱扭力管保護腔室，并不影響傳感器等電子組件的正常工作。