浮筒液位計在尿素裝置的運用故障分析及處理方案

寧夏石化公司三化肥裝置是集團公司在國內(nèi)首套采用自 主技術(shù)建設(shè)、工藝技術(shù)全部實現(xiàn)國產(chǎn)化、主要設(shè)備的國產(chǎn)化 率達(dá)到95％以上、上海自動化儀表有限公司具有國際先進水平的大型氮肥生產(chǎn)裝置。 加強技術(shù)改造和消除裝置運行瓶頸的攻關(guān)，是公司三化肥裝 置負(fù)荷穩(wěn)步提高，生產(chǎn)安全平穩(wěn)的有力手段。裝置運行以來， 解析水解系統(tǒng)、高壓合成系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備浮筒液位計出現(xiàn)假 指示現(xiàn)象，導(dǎo)致高壓合成系統(tǒng)不能保證尿素成品質(zhì)量，解析 水解系統(tǒng)循環(huán)排放環(huán)保指標(biāo)不合格。 高壓系統(tǒng)、解析水解系統(tǒng)解析塔、水解塔液位控制系統(tǒng) 采用浮筒液（界）位變送器（如圖1所 示）測量設(shè)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(zhì)。介質(zhì)特性具有黏稠、懸浮物、易結(jié)晶的特點，在工作溫度低于132.7℃下，測量介質(zhì)出現(xiàn)結(jié)晶狀態(tài)。

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(gòu)、浮筒組成，利用杠桿原理和測應(yīng)力的方法，通過 內(nèi)浮筒所受的浮力變化量，使扭力管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，使高精度的 傳感器獲取與物位變化一致的測量信號，再經(jīng)專用電路轉(zhuǎn)換 成4~20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。

主要部件作用及其工作原理 ：杠桿的末端吊有內(nèi)筒，內(nèi) 筒隨介質(zhì)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(zhuǎn)動，扭桿 的一端壓迫稱重傳感器產(chǎn)生微小的形變，傳感器將形變位移 量轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)信號處理及轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成4~20mA 標(biāo) 準(zhǔn)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(zhǔn)確，要求浮子位移的變化能正常穩(wěn)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(tǒng)介質(zhì)為尿液、氨水、 甲胺液，尿液的熔點及凝固點為132.7℃，界區(qū)浮筒液位計安 裝形式采用側(cè)安裝，氣、液相安裝截止閥，閥門開度小或者 卡澀，尿液結(jié)晶物堵塞，引發(fā)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(zhì)在 截止閥處結(jié)晶堵塞閥門。

2019年4月，是三化肥裝置建成投產(chǎn)階段，裝置運行以來， 解析水解系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，系統(tǒng)的循環(huán)、環(huán)保排放指標(biāo)達(dá)不到 標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)實際液位有變化，但指示偏高、 偏低或指示不跟蹤的問題，嚴(yán)重影響解析水解系統(tǒng)工藝的操 作，雖然經(jīng)過的液位計測量范圍的標(biāo)定、截止閥伴熱管線的 安裝、浮筒的定期沖洗等措施，穩(wěn)定運行周期短，從根本上 沒有解決故障原因。

高壓系統(tǒng) LT3203A/B 液位有顯示，但不跟蹤，對浮筒排 放作業(yè)過程中，發(fā)現(xiàn)液位計浮筒內(nèi)結(jié)晶物沉積硬化，浮筒掛壁物嚴(yán)重。采用定期沖洗措施，基本保證了液位計能夠滿足 生產(chǎn)需要。

在對 LT3203A/B 浮筒沖洗、截止閥疏通作業(yè)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(jié)晶物沉積，杠桿組件、 扭力管被結(jié)晶物卡澀，無法傳輸液位變化產(chǎn)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(zhì)密度、工 作溫度、壓力無較大變化，液位計測量范圍參數(shù)組態(tài)無偏差、 電子組件完好的狀態(tài)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(zhǔn)確測量的關(guān)鍵。

1.2 方案實施

從SC DLC3000浮筒液（界）位變送器結(jié)構(gòu)（圖4）可知， 液位的變化改變浮筒浮力變化使浮筒產(chǎn)生位移，位移的矢量角變化經(jīng)過杠桿、扭力管傳輸?shù)絺鞲衅?。浮筒掛鉤與杠桿連接， 杠桿轉(zhuǎn)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(jù)杠桿轉(zhuǎn)動軸與扭力管在保護管中與液體的氣相直接 相通的結(jié)構(gòu)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(zhì)蒸汽加熱， 防止尿液、甲胺液在杠桿、扭力管產(chǎn)生結(jié)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。吹掃蒸汽進入浮筒后肯定會對其指示產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其 指示發(fā)生變化、偏高。所以在吹掃蒸汽管線上加裝一臺針閥 來控制蒸汽的流量，當(dāng)閥門打開后吹掃蒸汽的流量是恒定的。 在表不投用的情況下觀察其零點變化，對照后對其零點進行 相應(yīng)的修正，以實現(xiàn)浮筒更準(zhǔn)確地指示。

2 技術(shù)改造效果

高壓合成、解析水解系統(tǒng)浮筒液位計介質(zhì)結(jié)晶引發(fā)液位誤 指示影響尿素產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保排放指標(biāo)。通過技術(shù)改造，為 公司三化肥裝置后續(xù)工段的順利試車創(chuàng)造了條件，同時，提 高了尿素產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，降低了尿素 Bi（縮二脲）含量控制 指標(biāo)，降低了對設(shè)備腐蝕的潛在危害。

LT3203A/B 浮筒液位計的技改成功，對尿素裝置同類型 儀表的維護積累了寶貴經(jīng)驗，對尿素易結(jié)晶的同類型液位計 進行了相同的技術(shù)改造，消除三化肥后續(xù)生產(chǎn)中同類型儀表 故障的發(fā)生。

3 結(jié)語

1）通過對 FISHER DLC3000浮筒液（界）位變送器測量 方法的技術(shù)改造，拓展了分析疑難問題的思路，上海自動化儀表有限公司對同類型液位計的檢維修提供了參考和技術(shù)依據(jù) ； 2）為黏稠、易結(jié)晶介質(zhì)的液位測量方法推廣運用提供技 術(shù)支持。