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真空制盐雷达液位计蒸发液位监测方案

时间:2018/07/21来源:未知

摘    要:先容利用新型真空静压法兰变送器与雷达液位计组成真空制盐蒸发液位监测新技术方案, 实现真空制盐过程自动控制。实际运行证明, 该监控方法提高系统运行效率。真空制盐是当今世界普遍采用的现代化制盐方法, 指卤水在不同真空压力状态下的蒸发罐中进行蒸发, 逐级浓缩、结晶制盐的过程。制盐过程中, 核心工序是蒸发, 生产中通过蒸发罐中液位变化计算水分蒸发量, 并达到控制溶液浓度的目的。生产中, 强腐蚀、结晶堵塞、真空、高温同时存在, 导致现场液位测量仪表损坏率极高, 生产自动化控制系统无法正常运行。论文将重点阐述真空制盐蒸发液位的测量方法。

图1 真空制盐流程图

图1 真空制盐流程图

 

1 真空制盐蒸发工艺

真空蒸发技术起源于1812年英国糖厂的单效真空蒸发, 1887年美国将此技术用于制盐, 1940年开始应用于中国制盐行业。

蒸发是液体表面发生汽化或溶液部分汽化的现象, 蒸发时液体必须不断吸取热量, 温度越高蒸发越快, 溶液沸腾时蒸发速度***快。根据蒸发罐内压力, 蒸发分为加压蒸发、常压蒸发或负压蒸发, 在负压下的蒸发, 大家称为真空蒸发。应用***广的是采用强制循环真空蒸发器, 如图2。

图2 强制循环真空蒸发器

图2 强制循环真空蒸发器

 

制盐企业为提高竞争力, 不断降低成本、提高产品质量, 同时满足节能减排政策, 就必须对蒸发工艺进行改进, 提高自动化控制水平, 使蒸发效率达到***佳状态。

实行多效蒸发生产目的是为了多次重复利用二次蒸汽, 以降低单位产品的能耗, 有效节约能源。蒸汽利用的次数就是效数。蒸发效数越多, 蒸汽用量越少, 能耗越低, 但效数增多, 会增加设备成本。

真空制盐主要过程为蒸汽加热一效卤水, 排出的二次蒸汽逐效加热下一效卤水。通过逐效蒸发, 使盐浆增稠, 稠料液去离心机脱水, 即为盐。每一效蒸发的关键是控制盐浆的浓度, 而盐浆有较强腐蚀性、容易结垢、粘结, 浓度难以直接测量, 通常是通过在封闭蒸发室中蒸发前后的液位比来间接控制盐浆浓度。所以液位测量是真空制盐***重要的参数。

2 蒸发液位监测

2.1 原用方案分析

用人工监测液位的方式, 难以提高产品质量和生产效率, 人们逐渐用“摄像视频+雷达液位计”, 实现自动化实时控制, 如图3, 应用雷达液位计连续测量旁通管中的液位。

图3 雷达+窥镜液位测量法

图3 雷达+窥镜液位测量法

 

此方案在实际应用中, 因盐浆结垢, 水平连通管、旁通管经常发生堵塞问题, 造成旁通管内液位假象, 需频繁停车, 拆装法兰并清洗管道。蒸发中, 盐浆在蒸发室内因搅拌产生大量的泡沫, 使雷达测量液位假象。人工清洗工作量大, 生产成本高, 液位测量不准, 自动控制难以连续运行。

2.2 液位监测方案改进

随着仪器仪表技术的发展, 市场上已出现真空专用的液位变送器以及管道清洗技术, 为真空制盐蒸发液位监测提供了新思路。

在设计、应用中, 建议液位监测采用“法兰差压变送器、雷达液位计、窥镜”三重组合冗余方案, 确保测量的准确性、安全性、可靠性。设计与安装方案, 如图4。

图4 变送器、雷达、窥镜液位监测方案

图4 变送器、雷达、窥镜液位监测方案

 

2.2.1 方案设计说明

1) 蒸发室与旁通管间的连接管, 从水平改为斜角, 角度控制在20°左右, 延长结垢清洗周期;

2) 在连通管上安装冲洗环和截止阀, 可定期自动清洗;

3) 在旁通管面部安装雷达液位计;

4) 在旁通管另一侧安装20°斜角的法兰短管, 再安装双法兰液位变送器, 用于液位直接测量。同时在法兰之间加装冲洗环 (结构如图5) , 冲洗环上配置冲洗用截止阀, 可定期清洗;

图5 冲洗环结构

图5 冲洗环结构

 

5) 在旁通管底部可加装一个清洗阀门, 大修时可以使用;

6) 在蒸发室面部, 仍安装采光窗和视频摄像窗;

7) 旁通管内径建议在300 mm以上, 由于蒸发液位较高, 毛细管较长, 建议采用DN80法兰。

2.2.2 方案优势

1) 变送器可直接测量液位, 消除蒸发过程中搅拌产生的泡沫对雷达测量产生的误差, 提高测量精度和产品质量;

2) 能连续准确测量液位, 为生产过程实现自动化控制提供依据;

3) 雷达液位计与法兰变送器组合, 实现冗余监控, 提高自动化控制系统可靠性;

4) 倾斜的连接管、法兰短管, 可以减少沉淀结垢物的堆积, 也便于冲洗;

5) 配置冲洗环与截止阀相连, ***好是电动截止阀, 用程序控制, 定期对连接管、法兰、旁通管进行清洗, 减少管道结垢堵塞的问题, 提高设备维护效率, 降低维护成本;

6) 保留窥镜, 配置视频窗口, 以便观察、安全巡视。

3 仪表的选择与配置

根据上述设计方案, 还需配置合适的仪表, 才能确保装置正常运行。

3.1 雷达液位计的选择

雷达液位计的传感器以波束的形式发射电磁波信号, 发射波在被测物料表面产生反射, 反射回来的回波信号仍由天线接收。探头与介质表面无接触, 属非接触测量, 具有较高的测量精度。但在真空蒸发中, 因搅拌产生的泡沫较厚, 雷达难以穿透, 影响测量精度。

新推出的导波雷达液位计, 其传感器探头发出高频脉冲并沿缆式探头传播, 脉冲遇到物料表面会反射回来被仪表内的接收器接收, 并将距离信号转化为物位信号。导波雷达式液位计传感器与介质直接接触, 对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力。

相对于雷达液位计, 导波式雷达价格更低。但因其为接触式测量, 需考虑介质的腐蚀性和粘附性, 而且过长的导波雷达安装和维护非常困难。另外, 导波式雷达导波杆 (缆) 长度根据工况固定设计和加工, 没有互换性, 因此导波雷达的选型要比普通雷达复杂得多。

型号选择具体可参照各制造商的相关资料, 如VEGA、SIMENS等。

3.2 变送器的选择

真空制盐蒸发工段, 介质具有腐蚀性、易结晶沉淀, 而且环境存在腐蚀性气体, 选择变送器时, 必须考虑以下因素:

法兰膜片材质———盐对不锈钢有极强的腐蚀性, 建议选择钽材。

壳体材质———环境腐蚀严重, 可选择316不锈钢。

冲洗环———可选择316L。为防止结晶颗粒较大, 不易排出, 建议冲洗孔选择1/2NPT。

变送器类型选择———蒸发器的高度通常在6m以上, 属于密封容器, 根据方案应选择通径DN80以上的双法兰变送器。常见多效真空蒸发, 在Ⅰ效、Ⅱ效工作为正压, Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效为负压。根据操作压力, Ⅰ效、Ⅱ效可选择标准的双法兰变送器, 而Ⅲ效、Ⅳ效、Ⅴ效蒸发器, 需选择双法兰真空静压远传差压变送器。目前市面上的真空专用双法兰变送器主要有:艾默生的3051S、3051C系列和重庆川仪的PDS系列。

根据上述条件, 各效蒸发液位变送器选型基本要求可参考表1。

表1 各效蒸发器液位变送器设计选型基本要求

表1 各效蒸发器液位变送器设计选型基本要求

4 结论

以上设计安装方案, 已在制糖、海绵钛产业中得到成功试用, 充分证明此方案可有效解决真空蒸发中因泡沫、结晶、真空、强腐蚀产生的液位测量难题。

5 其他建议

真空制盐, 一般采用差压变送器配合孔板节流装置测量蒸汽、卤水和盐液流量。近年来, 许多厂家应用电磁流量计测量盐液流量。但环境对碳钢法兰造成了严重的腐蚀, 导致内衬PTFE发生变形损坏。因此, 建议选择的流量计必需内衬PTFE材质, 并要求法兰为316或316L材质。


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