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利用差壓變送器組合成基于密度法的一種氨水濃度計

來源:上海上儀股份公司作者:上海上儀股份公司網址:http://www.treemontresort.com


本氨水濃度計主要采用一臺差壓變送器,通過測量一定高度氨水的重力,利用DCS 系統換算出相應密度,并通過自動查表方法獲取氨水濃度。該方法原理簡單,操作方便,投入小,測量準確度較高。

    河南晉開化工投資控股集團有限責任公司是河南省百強企業,公司總氨生產能力260 萬噸/ 年,尿素生產能力210 萬噸/ 年,復合肥生產能力100 萬噸/ 年,植物營養液生產能力100 萬噸/ 年,是國家級高新技術企業,建有省級企業技術中心,擁有目前國內非常大的4×300kt/a 航天粉煤加壓氣化爐,其所掌握的航天粉煤加壓氣化技術處于全國行業前列。

1 密度法測氨水濃度原理

     在實際測量過程中,使用差壓變送器測量一定高度的氨水液柱的壓力P,由于g(重力加速度)和h(液柱高度)值已知固定值,根據P=ρgh,ρ=P/gh,很容易得到ρ 值,進而查表得到氨水濃度。隨著自動化系統的不斷發展,功能逐步強大,應用越來越方便,使用領域也越來越廣泛,尤其是在化工企業中,先進的DCS 系統得到廣泛應用。利用三暢差壓變送器測量的壓差值引入到DCS 系統中,利用DCS 系統輸入相關的計算公式,快速計算出氨水密度,再利用其自動查表功能,可以直接方便的得到測量結果。

2 氨水濃度計的提出

     我公司為合成氨生產單位,在合成氨生產過程中,合成裝置放空氣體中含有部分氣氨。在早期合成氨企業中,未對這部分氨氣進行回收,既浪費了資源,又對環境造成了一定的污染,對企業員工身體造成一定損傷。同時,氨具有一定的腐蝕性,空氣中含有過量的氨也會對生產設備造成一定的腐蝕。隨著環保要求與環保意識的不斷提高,為了減小環境污染并回收排放氨氣,我公司新增了一套氣氨回收裝置。該氣氨回收裝置主要工作原理利用水溶解吸收氨氣,就在氣體放空管線中增加一個吸收塔,該塔為板式塔,中間有塔板,在塔板頂部加入噴淋脫鹽水,排放氣體從塔底進入,經過噴淋脫鹽水充分吸收后,其他不易溶于水的氣體組分從塔頂排放。脫鹽水吸收氣氨后形成一定濃度的氨水。生產出的低濃度氨水用于鍋爐煙氣脫硫、脫硝系統。為提高煙氣脫硫效率,滿足環保要求,需要對加入氨水量進行精確控制,除了需要計量氨水流量外,還需要監控氨水濃度,因此提出增加一臺氨水濃度計,用于實時監控、調整氨水濃度。

3 氨水濃度計結構設計與安裝

在明確了密度法測量氨水濃度原理后,需要確定三暢差壓變送器的選型、安裝位置、安裝方式。為確保測量的準確性,應選取溫度相對恒定、流速穩定、無氣泡干擾、無振動等因素影響的直管段。因此,選取氨水外送管線中的一段豎直管道,平行增加一段分支管線。在制作管線時,使氨水流入、流出分支管線與主管道有約60°斜角,其主要作用有兩個方面:1)主管道與分支管線保持一定斜角,保證氨水可以流入支管,且整體管道中無90°直角管路,不會形成流體死角,使得支管段介質能夠及時更新,避免因支管段介質不流通或流通緩慢造成測量偏差或滯后;2)支管段流速低于主管道,流體特性穩定,無氣泡干擾,便于測量。差壓變送器安裝如圖1 所示。

氨水濃度計安裝結構簡圖

支管段及差壓變送器正負導壓管采用不銹鋼材質,避免氨水腐蝕,保證管線及儀表可以長周期使用。

4 差壓變送器選擇與設置

     為了便于測量方便,差壓變送器兩取壓口距離設計為H=1 020mm,據查開封地區g=9.8N/kg。由于氨水密度小于水的密度,因此,壓力變送器量程設置非常大值應為氨水濃度為0 時即管道里全為水時的壓差值,即:

     △ P=ρ 水gH=1000kg/m3×9.8N/kg×1 020mm=10000N/m2=10kPa

     由于氨水濃度測量管線短,兩取壓口壓差值為10kPa,在變送器選型上,選擇一種低壓差的變送器即可滿足使用要求。通過對比各型差壓變送器,非常終選用橫河EJA110A-DMS5A-27DC/NS1 型差壓變送器。該型變送器非常大測量范圍為-100 ~ 100kPa,滿足本密度計測量要求,同時該型變送器價格低,測量精度較好。

5 程序組態

     完成差壓變送器安裝后,對軟件部分進行組態。在儀表檢測回路中,差壓變送器將正負兩端差壓值轉換成4 ~ 20mADC 電流信號,通過儀表電纜外送至DCS 系統,其送出的4 ~ 20mADC 信號,對應壓差值0kPa ~ 10kPa,且電流信號與壓力呈線性關系。因此,壓差值△ P 可直接通過傳送的電流數據I 轉換獲得,即:

    △ P/10=(I-4)/(20-4)

    △ P=10×(I -4)/(20-4)

    又由于△ P=ρgH得出:ρ= △ P/(gH)

    由于g、H 均為已知固定值,△ P 為實時測量值,因此很容易計算出ρ 值,即氨水密度值。在獲取氨水密度后,利用DCS 系統強大的數據處理及計算功能,完成對應濃度的查詢計算工作。我公司使用的DCS 系統為美國Honeywell 公司EPKS 400 系列DCS 系統,為目前國際主流DCS 系統,由于其優越的性能及高可靠性,廣泛應用于石化、煤化工等行業,分段查表設置( 部分)如圖2 所示。

6 使用效果

      在自動氨水濃度計投用后,為檢查濃度儀的測量準確性,采取定點人工手動測量方式檢查氨水濃度,并與自動濃度儀進行比較。經多次比較不同時間段分析結果發現,兩者偏差值在0.5w/% 以內。在測量時效性上,由于三暢差壓變送器測量的是實時壓差,上傳至DCS 系統,通過DCS 系統快速強大計算功能,能夠快速計算出氨水濃度,整個數據傳輸及計算過程在1s 以內,在時效性方面達到專業在線氨水濃度計水平。

氨水濃度對照表

7 結論

      化工企業中使用眾多各種儀表,儀表類型不同其測量原理不同。在進行儀表選型、設計時,根據被測介質不同,選擇合適的測量儀表。在掌握不同儀表的測量原理后,可以根據實際應用要求,對現有儀表進行簡單研究改造,既可以解決使用需求,同時也為公司節省設備開支,還可以提高技術人員綜合技術水平,對企業發展起到一定的推動作用。