“吹气法”在自控工程设计中的应用

第 4 9 卷第 4期 2 0 1 3年 8月 石油化工自动化 AUTOMAT1 0N I N P ETRO CHEMI CAL I NDUS TRY Vo 1 4 9 No 4 Au 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 H8 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 AP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 HG T 2 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 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 0 P a以下 的微正压 采用 吹气法 测 量炉压 气源采用 N 吹气量不超过 1 8 L h时 产生的固定误差不超过 5 pa E 引 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 等于介 质液柱产生的静压 A p 管路压损 p z 和设备 内的 压力 P 之和 即 一 A p 当 恒定 时 可以在变送器中迁移掉 p 当设备通大气时 恒定 同时 当 z 可 以忽略 则 一 根据公式 X p 一p g h 计算出液柱高度或 密度 其中 0 为介质密度 k g m g为重力加速度 m s h为液位高度 m 1 压力或差压变 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 5 mm O 1 其 中 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 5 m h E 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 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 6 4 石油化工 自动化 第 4 9 卷 转 子流量 空气过 寸 滤减压润 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 5 m h t 3 一般流量测量 吹洗流体为气体时 吹洗 流量为 0 0 3 0 1 4 I T I h 吹洗流体为液体时 吹 洗流量为 0 0 1 4 0 0 3 6 I n h 根据 流体力学 定律 当限流孔板后面的绝对压力 P n 与 限流孑 L 板 前面的供气绝对压力 P 之比 P p 小于或等于 临界压力 比时 其流量不再随限流孔板前后的压力 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 P 0 5 2 8 A 吹气流量恒定 P n的 大小取决于液柱压力最大值 从而得到 P n大致范 围 然后根据限流孑 L 板的计算方法算 出孔径 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 当孔板孔径过大 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 0 k t a D AP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 1 5 5 0 k g m 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 7 5 5 0 mm 带搅拌 外形为上宽下窄 正常液位运行在 4 5 1 0 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 6 MP a压缩空 气 因设备外形 比较特殊 进入设备内部的吹气导 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 预 中和 反 应 器 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 1 5 5 0 k g m 9 8 1 m s 7 5 5 m一 0 5 0 m 1 0 7 2 k P a 1 l l 一 一 一 一 一 一 厂L一 一 一 7 一 一L 厂 rj 一 1门一 一 一 一 一 计 眩 一 量 壳 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 0 k 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 5 m h l 3 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 O 1 5 0 L 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 O 2 O 5 0 MP 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 0 7 MP a 输出压力范 围为 0 0 2 5 MP 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 以外 还可 以根据需要 设置高压水 醋酸溶液 Na OH 溶液 蒸汽等 引 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 HG T 2 1 5 8 1 2 0 1 2自控安装 图册 E 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 O 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 I 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 20 0 4 I 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 O 5 6 4 6 6 1 O 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 a S ma r t VI E We r 1 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 An d r o i d 2 2 一 An d r o i d 4 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卜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 Mo 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 l o个装置 会根据安卓系统 自行变更 AP P语言 二是 S ma r t VI E We r 1 0 1 这款 An d