“吹气法”在自控工程设计中的应用.pdf

第4 9 卷第4 期 2 0 1 3 年8 月 石油化工自动化 A U T O M A T l 0 NI NP E T R O C H E M l C A LI N D U S T R Y V 0 1 4 9 N o 4 A u g u s t 2 0 1 3 吹气法 在自控工程设计中的应用 何正兵 李秀英 龚有明 云南化工设计院有限公司 昆明6 5 0 0 4 1 摘要 简要介绍了 吹气法 在自控工程设计中的应用领域 测量原理及元件组成 对比分析了限流孔板和吹气装置作为流量 调整组成元件时的优缺点 通过实例阐述了在工程项目详细设计阶段如何运用 吹气法 测量液位 吹气装置的选型 吹气法 涉及管线的仪表安装图绘制及相关注意事项等 实践证明 吹气法 作为传统的测量方法 仍然有着较强的生命力 在过程检测 中仍发挥着重要作用 关键词 静压 吹气法 吹气装置压变差变 中图分类号 T H 8 1 6文献标志码 B文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 3 0 4 0 0 6 3 0 3 吹气法 是过程检测中比较传统 常规的测量 方法 对于一些特殊工况下的液位参数 用雷达 超声波等仪表测量是比较困难且不准确的 而用 吹气法 测量就会取得非常好的效果 吹气法 在自控工程设计中广泛应用 在化 工行业 D A P 装置 重钙装置有很多工艺设备液位 或密度等采用 吹气法 进行测量 且化工行业标准 H G T2 1 5 8 1 2 0 1 2 自控安装图册 中 编人了采 用 吹气法 测量常压或有压设备液位的安装图 并 分别列出了限流孔板及吹气装置方式 在石化行 业 丙烯腈反应器流化床催化剂密度及催化剂藏量 测量 1 也采用了 吹气法 丙烯腈反应器流化床为 有压设备 采用对液面上下同时吹气或对液面下不 同高度的点位吹气的方式 测量其差压 从而表征 液位及密度 再经过换算得到其大致的藏量 在冶 金行业 行业标准 冶金工业自动化仪表与控制装 置通用图册 中 也列出了采用组合式单元吹气装 置 该图册中把空气过滤减压阀 恒差继动器及玻 璃转子流量计分别列出 作为单独的元件选择 测 量常压或有压设备液位的安装图 采用 吹气法 不但在检测高黏度 高腐蚀 放 射性 结晶性和含有固体杂质的液体压力或设备液 位 界面 密度上有其独特的优势 2 而且在测量高 温 微压及大量粉尘的气体时也能收到好的效果 如密闭电石炉炉压的测量 炉气温度高达8 0 0 以 上 含有大量粉尘 要求保持压力低至5 0P a 以下 的微正压 采用 吹气法 测量炉压 气源采用N z 吹气量不超过1 8L h 时 产生的固定误差不超过 5P a 3 l 1 吹气法 测量原理 吹气法 测量原理如图1 所示 当有气体向容 器中吹气时 压力或差压变送器的压力声等于介 质液柱产生的静压A p 管路压损 户z 和设备内的 压力P 之和 即P A p t 户z 夕 当p 恒定 时 可以在变送器中迁移掉P 当设备通大气时 夕 恒定 同时当A p A p 2 可以忽略A p z 则 P A p 根据公式A p 一p g h 计算出液柱高度或 密度 其中P 为介质密度 k g m s g 为重力加速度 m s 2 为液位高度 i n p I 压力或差压变 L O 毒P 气源 流量调整组件 图1 吹气法 测量原理 在 吹气法 运用过程中 最为关键的元件应 是流量调整组件 使用比较多的有下面两种 1 1空气过滤减压阀加限流孔板加转子流量计 空气过滤减压阀加限流孔板加转子流量计测 量方式组成如图2 所示 采用该方式时 难点在于 需要对限流孔板孔径进行计算 在忽略孔板材料热 膨胀 管道粗糙度 气源压力波动 雷诺数修正等 且满足管道直径最小限制为1 5m m 胗o 1 其中 p d D d 为工作条件下节流件的孔径 D 为工 作条件下上游管道内径 的条件下 吹洗流量数值 参考如下 1 流化床 吹洗流体为空气或其他气体时 一般为0 8 5m 3 h 引 稿件收到日期 2 0 1 3 0 2 2 6 修改稿收到日期 2 0 1 3 0 5 0 9 作者简介 何正兵 1 9 7 9 一 男 云南镇雄人 2 0 0 3 年毕业于昆明 理工大学自动化专业 获学士学位 现就职于云南化工设计院有限 公司设计部 主要从事化工自控工程设计工作 任工程师 万方数据 石油化工自动化第4 9 卷 转子流量 空气过 气源 图2空气过滤减压阀加限流孔板加 转子流量计组成示意 2 低压储罐液位测量 吹洗流体为空气或 其他气体时 吹洗流量一般为0 0 3 0 0 0 4 5m 3 h 3 I 3 一般流量测量 吹洗流体为气体时 吹洗 流量为0 0 3 o 1 4I T l 3 h 吹洗流体为液体时 吹 洗流量为0 0 1 4 o 0 3 6m 3 h 3 根据流体力学 定律 当限流孔板后面的绝对压力p n 与限流孔板 前面的供气绝对压力户A 之比 户e p A 小于或等于 临界压力比时 其流量不再随限流孑L 板前后的压力 差的变化而变化 是一个定值 对于空气或双原子 气体 其临界压力比为0 5 2 8 因此 只要维持p A 不变 并满足户 0 5 2 8 p A 吹气流量恒定 户B 的 大小取决于液柱压力最大值 从而得到夕A 大致范 围 然后根据限流孑L 板的计算方法算出孑L 径 吹气法 在采用限流孔板方式时 成本低是优 势 但也有明显的缺点 限流精度不高 孔板相关 计算对自控工程人员设计水平及经验要求较高 稍 有偏差 便不能正常测量 另外当孔板孔径过小和 流量过小时 会使测量产生滞后 当孑L 板孔径过大 和吹气量过大时 会使吹气管路压损无法忽略 致 使测量产生较大误差 1 2 空气过滤减压阀加恒差继动器加转子流量计 空气过滤减压阀加恒差继动器加转子流量计 测量方式组成如图3 所示 应确保进气气源压力稳 定 虽然出口压力变化 吹气装置仍能够保证流量 恒定 有关吹气装置的详细介绍见文献E 2 气源 滤减压阀 图3空气过滤减压阀加恒差继动器加 转子流量计组成示意 吹气法 在采用吹气装置时 具有精度高 无 需复杂计算 流量和压力调整范围宽 性能及功能 较限流孔板强 使用寿命长 价格略高等优点 2 工程实例 在某6 0 0k t aD A P 装置中 预中和反应器液 位是一个比较重要的过程参数 可靠 稳定地测量 该设备的液位有着极其重要的意义 工艺介质为部分氨化磷酸料浆 其密度为 15 5 0k g m 3 具腐蚀性 易附着于设备或管道上 造成堵塞 温度可达1 1 0 1 3 0 设备高75 5 0m m 带搅拌 外形为上宽下窄 正常液位运行在 4 5 1 o m 要求对预中和反应器液位进行连续测量 1 无法采用非接触式测量方法 鉴于设备的 外形尺寸 该设备的搅拌功率较大 导致液面形成 的漩涡很大等因素 因而雷达液位计无法检测 2 无法采用单法兰变送器直接测量液位的方 法 因工艺介质物料有腐蚀性 易结垢 且物料冲 刷性较强 易造成单法兰变送器与设备连接处法兰 接管堵塞 使用寿命不长 致使液位测量不稳定 不 连续 维护量成倍增加 所以用单法兰变送器不能 很好满足液位测量的需要 3 采用 吹气法 测量液位 流量调整组件选 用成熟 可靠的吹气装置 气源用0 6M P a 压缩空 气 因设备外形比较特殊 进人设备内部的吹气导 管不易固定 且深入设备的导管过长 吹气点点位 不易控制 故顶部吹气改为侧面吹气 如图4 所示 虽然侧面吹气没有顶部吹气方式易维护 且工艺介 质易倒灌进入吹气导管 但可以通过外部调整变送 器安装位置 进一步优化配管等措施来消除不利 因素 7 I i lj I 酬 j妙警必1 差 寸 鞫 f 巡岁 l I i t 矗 I 搅拌黼 图4 预中和反应器液位测量示意 在图4 中 吹气装置用转子流量计符号表示 吹气组件 配管及连接等可用仪表安装图表示 图 中W 表示在吹气管线上预留接口 维护 维修时用 水或蒸汽吹扫吹气管线 根据工艺条件 同时假定吹气点位为液位零 点 预中和反应器设备液位能产生的最大液柱静压 P p g h 一15 5 0k g m 3 9 8 1m s 2 7 5 51 T I 一 0 5 0m 1 0 7 2k P a 万方数据 第4 期何正兵等 吹气法 在自控工程设计中的应用 4 吹气装置出口压力变化范围约为0 1 1 0k P a 其进口压力一般应大于出口压力近2 倍 并恒定该值 依据低压储罐液位测量 吹洗流体为 空气或其他气体时 一般流量为0 0 3 0 0 0 4 5m 3 h 3 1 笔者选择用于液位测量的吹气装置 中包含金属管流量计 流量范围为0 1 5 0L h 带 针型阀 流量可调整 恒流阀 出口压力变化但流 量恒定 可控压力范围0 0 2 o 5 0M P a 气源接口 用卡套连接 空气过滤减压阀 6 气源压力范围为 0 4 o 7M P a 输出压力范围为o o 2 5M P a 配 套带压力表 5 仪表安装过程中 吹气装置 变送器等的安 装高度必须高于吹气点 且应高于正常液位 水或 蒸汽吹扫预留接口 可兼作变送器的高压侧排 液口 6 当采用吹气装置作为 吹气法 的流量调整 组件时 设计人员必须自行编制吹气装置的仪表数 据表 综上所述 吹气法 能够稳定 可靠地测量出 预中和反应器液位 为装置能够长期 安全和高效 地运行发挥了至关重要的作用 3 安装优化及需要注意的问题 1 安装优化 吹气点的设备法兰接管与水平 成4 5 可以有效防止工艺介质在吹气点处堆积 接近设备吹气点处吹气管加装止回阀 防止由于吹 气气源故障时 介质倒灌进入吹气导管 2 需要注意的问题 a 吹气气源应压力比较稳定 如果是有压设 备 气相需要 吹气法 测量压力时 气源宜与液相 吹气气源相同 比如液相吹压缩空气 气相吹N 该方式不建议使用 b 测量有压设备的液位或密度等 吹气点有2 个时 吹气装置必须分开设置 不能共用 c 如被测介质密度变化 如图4 所示的测量 系统 所测压力值不能够直接用于反映设备的液 位 因而必须同时设置密度测量系统 经控制系统 运算后才能反映真实液位值 d 吹气流体除采用压缩空气和N z 以外 还可 以根据需要 设置高压水 醋酸溶液 N a O H 溶液 蒸汽等 3 4 结束语 许多新型仪表的出现 给过程检测带来了新的 革命 吹气法 作为传统的测量方法 仍然具有较 强的生命力 在测量液位 密度 界面 藏量及质量等 过程中 有着成熟 有效的使用经验 只要运用得 当 吹气法 在过程检测中仍将处于重要的地位 参考文献 1 赵纯正 丙烯腈反应器流化床催化剂密度及催化剂藏量测 量 J 石油化工自动化 2 0 0 8 4 4 0 2 5 3 5 5 2 白少柏 林清萍 俞忠尧 吹气装置及其应用 c 第七届工 业仪表与自动化学术会议 北京 自动化仪表 2 0 0 6 6 3 6 6 3 陆德民 张振基 黄步余 石油化工自动控制设计手册 M 3 版 北京 化学工业出版社 2 0 0 0 4 中国石化集团公司自控设计技术中心站 中国成达工程公 司 H G T2 1 5 8 1 2 0 1 2 自控安装图册 S 北京 化学工业 出版社 2 0 1 2 5 中国冶金建设协会 2 0 0 0 Y K 0 1 2 0 0 0 Y K 0 7 冶金工业 自动化仪表与控制装置通用图册 上册 s 北京 冶金工 业出版社 2 0 0 6 6 化工部自控设计技术中心站 自控常用材料器件手册 下 册 J 炼油化工自动化 1 9 9 2 增刊1 3 9 6 7 王克华 过程检测仪表 M 北京 电子工业出版社 2 0 0 7 8 6 8 7 8 朱炳兴 变送器选用与维护 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 4 1 3 5 1 3 6 1 3 8 1 4 0 9 胡勇锋 何尚华 吹气法液位计在聚酯装置中的应用 J 石 油化工自动化 2 0 1 2 4 8 0 5 6 4 6 6 1 0 付英 三聚氰胺装置中液位计的选用 J 自动化与仪器仪 表 2 0 1 1 4 7 0 1 6 4 6 5 台达P L C 安卓应用程序上市 为方便工业用户远距离控制P L C 系统 台达首款基于安卓平台的应用程序 D e l t aS m a r tV I E W e r1 0 1 上市 强化 台达在智能移动设备应用市场的影响力 该应用程序能够在A n d r o i d2 2 一A n d r o i d4 2 版本环境中安全可靠的运行 用户可以此真正实现指点江山 一是通过W F i 可以读取台达P L C 的基本资料 监控台达P L C 以及一般M o d b u s 设备参数和读取P L C 的基本参数 同时可对监控数值进行修改 最多可同时支持1 0 个装置 会根据安卓系统自行变更A P P 语言 二是S m a r tV I E W C e rL0 1 这款A n d r o i da p p 可将监控设备分别以趋势图的方式呈现 还可手动控制趋势图 单个趋势 图最多可记录50 0 0 个点 三是S m a r tV I E W e r1 0 1 可将设备的连接和监控设定表储存为P r o f i l e 文档 以利于管理连接 还可将监控数值储存为 历史资料 供未来机器调试时分析使用 台达集团一直以来都为满足客户需求 坚持不懈 作为台达首个A n d r o i da p p 产品的S m a r tV I E W e r1 0 1 必将极大方 便用户对于P L C 产品的应用 突破时