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硝酸铵溶液贮罐液位测量中对于防爆型磁翻板液位计的选型

发布时间:2021-01-23   点击次数:

硝酸铵溶液是一种生产炸药的原料,储存要求较为严格,贮罐的液位测量为贮罐内硝酸铵溶液的分层保温、余料监测、生产投料提供了液位数据。由于硝酸铵澄澈具有腐蚀性和易结晶的特点,如果经过长时间的不保温和不搅拌的情况,采用插入式压力液位变送器则会产生在贮罐底的 严重结晶现象,隔离膜片也常常会被结晶体抱死,即便是后来长时间的保温仍未能正常工作,给生产监控以及槽罐车的正常卸料造成了影响,在影响工艺生产的同时也大大增加了仪表的维护工作。。因此,笔者通过对现有液位测量技术的对比,寻找一种有效的硝酸铵溶液液位测量应用方法,尽量减少因液位测量不真实而对硝酸铵溶液应用系统造成的影响。针对这一问题,通过对比几种液位仪在硝酸铵溶液贮罐中的使用情况,总结出一种适合测量硝酸铵溶液贮罐液位的磁致伸缩式液位仪,并应用于上杭新建硝酸铵溶液贮罐的液位测量。
1.1压力变送式液位仪

常用的硝酸铵贮罐多采用压力式液位变送器,它是一种直接测量液体压力,通过信号转换输出的液位变送器。
插人式变送器的压力隔离膜片直接与被测
介质接触,连通入高压室;低压室压力采用大气压或真空,作用在S元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上,通过隔离膜片和元件内的填
充液传送到测量膜片两侧。压力式液位测量原理图如图1所示,当贮罐内有硝酸铵溶液时,隔离膜片受其液面压力,由变送器输出电流信号。根据流体静力学原理,换算出液位或物料重量信息。
优点:工业压力式液位变送器的技术成熟,广泛应用于工艺领域。转换精度高,通过隔离膜片,能测量较高温度的液体。
缺点:压力式液位变送器因其测量原理,必须安装在贮罐底部。一旦硝酸铵溶液的温度下降,溶液C罐底部出现大量结晶。硝酸铵溶液结晶后,插人的隔离膜片被硝酸铵结晶包裹,受到结晶晶体的应力,出现压力超量程的情况,不能真实反映出硝酸铵贮罐的液位情况。同时硝酸铵溶液底部结晶不易溶化,为生产投料及安全控制带来了不少的麻烦。
1.2磁性浮子液位仪
硝酸铵溶液生产企业里多数使用磁性浮子防爆型磁翻板液位计,防爆型磁翻板液位计根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成,如图2所示。

当被测容器中的液位升降时,防爆型磁翻板液位计本体管中的磁性浮子也随之升降,浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器,驱动红、白翻柱翻转180°,当液位上升时翻柱由白色转变为红色,当液位下降
时翻柱由红色转变为白色,指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度,从而实现液位清晰的指示。当加上磁性行程开关后,可转换为位置量测量信号,用以输出标准电信号,供控制系统使用。
优点:测量直接可观,且价格便宜。
缺点:安装较复杂,需加装连通管,上下法兰面要求在同一垂直平面内,防爆型磁翻板液位计下端应略高于罐体下法兰口。应用于硝酸铵贮罐,因磁翻转防爆型磁翻板液位计需通过连通容器将被测介质导引入,一旦硝酸铵溶液结
晶将不能导通测量室内的液位。因此,不适用于硝酸铵溶液忙罐。
1.3超声波液位仪
超声波液位仪(见图3)工作原理是由超声波换能器(探头)发出高频脉冲声波,遇到被测物位(物料)表面被反射折回,反射回波被换能器接收转换成电信号。
声波的传播时间与声波的发出到物体表面的距离成正比。声波传输距离与声速和声传输时间的关系可用公式表亦:
S=c • T/2
(1)式中,s为声波传输距离;c为声速;r为声波传输时间。
探头部分发射出超声波,然后被液面反射,探头部分再接收,通过信号处理,超声波变送器输出标准电信号给控制系统。
优点:由于超声波液位仪在测量物位时,与被测介质不接触,同时为全密闭防腐结构,因此对于黏稠的、腐蚀性的、浑浊的等各种液体的液位测量,效果最佳。工作可靠,在恶劣的工作环境中仍能正常
使用。安装简便,可在罐顶直接拆装。使用周期长,免维护。
缺点:由于温度对声速具有影响,所以测得的液位也受到温度影响。并且硝酸铵溶液贮罐内温度较高,贮罐罐顶温度低,硝酸铵受冷容易凝结在仪表的发射头及接收头处,影响仪表的正常测量。

1.4雷达液位仪
雷达液位仪与超声波液位仪原理相似,是通过雷达技术的应用来实现液位测量功能的一种新型的液位仪表。通过发射能量极低的极短微波脉冲信号,配合天线系统对反射回信号的接收,实现判断液面高度的目的。
缺点:同样因探头安装在贮罐顶部,容易被硝酸铵结晶包裹,影响仪表的正常测量。
1.5磁致伸缩液位仪
磁致伸缩液位仪(见图4),是近十年来随着单片机及复杂可编程逻辑器件技术发展而被广泛使用的一
种高精度液位测量仪表。其通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的,且作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触,因此可应用在极恶劣的工业环境中,不易受油溃、溶液、尘埃或其他污染的影响。

磁致伸缩式液位仪是利用磁致伸缩原理,通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管,波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成。
测量过程是由测量头中的脉冲发射电路不断向波导管发射询问电流脉冲,该电流产生周向磁场并沿波导管传播,与磁浮子形成的轴向磁场相交时矢量叠加,形成螺旋磁场。在该磁场作用下,波导管发生磁致伸缩效应而产生波导扭曲,该应变波以超声波速沿波导管向两端传播,当传回测量头一端时,基于逆磁致伸缩效应,通过回波接收线圈转换为电脉冲。
由于电流以光速传递,从发射端到磁浮子之间电流传递时间可忽略不计,因此测出发射电脉冲与返回应变脉冲之间的时间间隔,即可得到浮子距检测零点的距离fc,实现液位检测。这个过程是连续不断的,所以,每当磁浮子随液位移动时,新的液位就被检测出来,其防爆型磁翻板液位计算方法如下:
h = Tv (2)
H 二 L-Tv (3)
式中,好为液位;L为罐高;r为时差;〃为应变波传播速度。
缺点:磁浮子的活动阻力不应过大,因此不能测量高黏度液体和泥浆;天线浸在被测液体或其饱和汽体中工作,不适用于有压、自聚、有毒、高黏度液体的测量。浮子沿着波导管外的护导管上下移动,有时会被卡住。
优点:磁致伸缩式液位仪是通过移动磁性浮球的位置来测量的,而磁性浮球始终处于液面的顶端。因
此,在硝酸鞍溶液贮罐的液位测量中,即使硝酸铵溶液因未加热保温出现结晶,其液面位置仍正确可靠。因此,将磁致伸缩式液位仪应用于上杭分公司新建的硝酸铵溶液贮罐控制系统中。
2、液位测量仪的选用
通过对现有液位测量方法应用于硝酸铵溶液的测量中存在的优势及弊端来分析,发现磁致伸缩式液位仪具有较突出的优势,隔离了活动元件与测量元件,能适应恶劣的工作环境,在硝酸铵溶液It罐控制系统中可以正常使用,能够满足预期的测量效果。
2.1磁致伸缩式液位仪的选用
上杭新建硝酸铵溶液贮罐控制系统的基本情况为:贮存易结晶,易腐蚀的浓溶液,溶液温度在110 ~130T,质量分数为91% ~93%。因此,在选用磁致伸缩式防爆型磁翻板液位计时,除了需要考虑工作压力、工作温度、防爆、防腐等要求和所测量的液面变化范围外,还要根据密度选择合适的浮子规格、尺寸、材质。笔者选用了美国的MTS液位传感器。
2.2磁致伸缩传感器的安装
使用的硝酸铵溶液C罐为直径4m、高4m的不钢锈贮罐,在顶部开口,以法兰安装MTS液位传感器。其安装示意图如图5所示。

硝酸铵溶液贮罐的液位信号加入了硝酸铵溶液应用控制系统中,给控制系统的分层保温、液位显示、余料监测、生产投料提供了贮罐液位的数据。MTS液位传感器自带变送输出,其与控制系统连接如图6所示。
2.3磁致伸缩传感器的调试、使用
MTS的磁致伸缩式液位仪为法兰安装,贮罐罐顶已留有预留孔。安装时,调试过程简单,只需通过调试测量头上的智能型仪表,标定上、下限液位数据后即可。输出的标准信号4 ~ 20mA通过隔离光栅直接与PLC的模数转换模块相连。
贮罐刚投入使用时,出现液位指示有时不变,经分析主要原因是浮子和测杆之间的间隙太小,硝酸铵溶液的密度较大,表面张力也较大,导致液面下降时浮子挂在杆子上。后与厂商联系,通过更换较大内径的磁性浮球后,此现象消除,测量要求得到了满足。
经过近三个月的使用情况追踪,确定贮罐液位精密计量的精确度可达1mm,并且输出信号稳定,无误检测情况,为JC罐控制系统的稳定运行带来了可靠的液位检测。同时安装简单、可靠性离、无需日常维护。需特别注意的是,因工业炸药用硝酸铵溶液的密度较大(1.42g/cm3),具有腐蚀性,因此选择了特殊结构的界面浮子,以适用于硝酸铵溶液。

3、结论
上杭乳化新线硝酸铵溶液C罐防爆型磁翻板液位计的设计及实际运行结果表明:磁致伸缩式液位仪用于测量易结晶的硝酸铵溶液是成功的。磁致伸缩式液位仪有效地将敏感元件与恶劣的工作状况相分隔,保证了液位测量的高精度、高可靠性,且具有稳定性好、温度漂移小等优点。其在液位检测技术中的优势,将促使它在化工应用行业中有着广阔的应用前景。

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