新疆地区硝酸钠蒸发器液位测量方式比较

刘颖1黄啸2

(1中蓝长化工程科技有限公司湖南长沙410116;2中机国际工程设计研究院有限责任公司湖南长沙410007)

摘要：针对硝酸钠溶液的物料特性从测量原理、测量方式、测量稳定性以及维护成本等方面对雷达液位计、隔膜式差压液位变送器（平膜片）、隔膜式差压液位变送器（一平一凸膜片）常用液位计进行了比较。结果表明:隔膜差压液位变送器（一平一凸膜片）这种结构方式从实际应用效果来看只要安装合适，做好正负迁移，现场不仅维护方便，而且可使用多年,节约成本。

关键词：隔膜式差压液位变送器（平膜片）；隔膜式差压液位变送器（一平一凸膜片）；硝酸钠蒸发器；

硝酸钠早期主要用作氮肥,由天然钠硝石精制加工制成,无色六角星系晶体,比重2.26、熔点306.8℃,易溶入水和液氨,微溶入乙醇和甘油,易潮解，分解温度为380℃，加热到529℃时分解加剧,硝酸钠为强氧化剂,遇可燃物着火时,能助长火势。与易氧化物、硫磺、亚硫酸氢钠、还原剂、强酸接触能引起燃烧或爆炸。燃烧分解时,放出有毒的氮氧化物气体。受高热分解，产生有毒的氮氧化物。

1、硝酸钠生产工艺简述

以破碎后的钠硝石粒矿为原料，以堆浸和粉浸后的淡卤水及主厂房产生的二次蒸汽冷凝水为介质，采用多级逆流浸取工艺，间歇操作得到硝酸钠浓度为200g/l的浸取完成液，完成液送入主厂房硝酸钠蒸发器进行蒸发浓缩。蒸发结晶装置采用四效蒸发除盐、三级真空结晶串联工艺，离心分离后得到湿料硝酸钠，湿料直接去造粒包装出成品。硝酸钠蒸发器主要由蒸发室、循环管、加热室三部分组成。蒸发室的液位控制是整个工艺的核心，是否出合格产品的关键，如果蒸发室液位太高蒸汽就会把物料从蒸发室顶部带出至冷凝水平衡桶，既污染平衡桶里面的水，又腐蚀平衡桶和加热室壳程，液位太低循环泵打循环液位无法循环起来影响蒸发浓度，所以必须选用适合本工况环境的液位计。

2、液位计测量方式

在无机盐、石油化工、煤化工及炼油等工业领域，液位是重要的工艺参数之一。测量液位的仪表种类繁多，如伺服液位计、双法兰差压液位变送器、超声波液位计、雷达液位计、钢带液位计及浮筒液位计等［1］，需依据工艺的实际工况，选用不同类型的液位计。

根据硝酸钠溶液低温容易结晶堵塞管道，同时接触式液位计液相口也容易挂料导致测量误差很大这些特点主要介绍雷达液位计、双法兰差压液位变送器（平膜片）、双法兰差压液位变送器（高压侧凸膜片低压侧平膜片）这三种针对硝酸钠的物料特性以及工艺特点选择的液位计进行比较。

2.1雷达液位计

雷达液位计是利用超高频电磁波经天线向被探测容器的液面发射，当电磁波碰到液面后反射回来，仪表检测出发射波及回波的时差，从而计算出液面高度[2]。目前普遍采用调频连续波（FMCW）技术,属于非接触测量不受介质的粘度、密度和腐蚀影响。

2.1.1雷达液位计选型及安装

硝酸钠蒸发器生产时罐内液位波动较大有泡沫和蒸汽,测量时必须消除这些波动以及泡沫形成的假液位得到真实的液位。所以雷达液位计安装时需要安装导波管或旁通管，天线选用水滴形，水滴形天线采用水滴形宽带振子作为反馈源，尤其适合连续调频波雷达。材质为PP或PTFE等化学高分子材质，表面圆滑不易挂料，容易自清洁是易结晶易腐蚀介质的首选[3]。

导波管或旁通管的优点：雷达波在管内传送减少泡沫和湍流,并同时增强了物料表面的反射能力得到真实液位。缺点：蒸发器蒸发室加旁通管，新疆地区冬天极冷保温效果不好旁通管连接处容易结晶堵塞，影响测量效果；蒸发室里加导波管液位测量距离比较长管子不易固定,同时物料一直沸腾导波管固定不稳容易断裂。

所以硝酸钠蒸发器选用雷达液位计效果不是很好。

2.2双法兰差压液位变送器（平膜片）

差压变送器测量原理是通过测量上下液位口的高低压差，再由转换部件转换成4～20mA电流信号输出传送至控制室计算出液位高度,公式如下：ΔP=ρgh。硝酸钠属于结晶性液体所以硝酸钠蒸发器的液相液位计口采用冲洗水加平膜片差压变送器测量方式,结构形式如下图：

冲洗水是不能断流的恒压水,在三通管内形成恒压室,水通过细管少量流入设备。这种结构形式优点：不影响设备蒸发,不会堵塞细管并能准确测量液位高度。缺点：冲洗水不能断流,如果断流设备内硝酸钠溶液就会结晶堵塞细管无法正常测量液位,保温效果不好极冷天气容易冻坏管线，冲洗水很难保证恒压。

如果工艺能保证恒温恒压冲洗水这种测量方式是可行的。

2.3双法兰差压液位变送器（高压侧凸膜片低压侧平膜片）

测量原理同2.2，膜片形式如下图：

这种结构形式优点：高压侧选用凸膜片硝酸钠溶液结晶不会堵塞膜片，比带冲洗水的测量方式维护方便。

3、某项目液位测量方案的选择过程

新疆某项目蒸发器液位计首次选用的雷达液位计，带有异行天线延伸管喇叭口结构,使用过程中测量不准确,液位波动很大,判断是里面的气泡造成的假液位。使用期间经过多次调试，液位测量一直不理想，影响生产所以重新选用其他液位计测量。

二次选用隔膜式差压液位变送器（平膜片），膜片为了防止结晶挂料，加装冲洗水管，用小流量热水冲洗。使用期间液位趋于稳定，但到冬季后新疆温度降低，冲洗水管冻住不能继续冲洗膜片，导致液位计膜片被硝酸钠结晶体堵住液位显示一直是满量程。

三次选用隔膜式差压液位变送器，不带冲洗水，液相口膜片选用凸膜片，插入设备内部，这种选用后膜片很少挂料，使用效果很好，目前这台液位计日本原装进口，已使用7-8年，液位测量很好。

4、总结

液位测量仪表种类很多，实际生产工况和当地环境对测量精度影响很大,诸如高温、高压，易结晶和高粘稠等不利条件都会影响仪表选型。总的来看在操作环境复杂，工况参数苛刻的条件下，宜优先选用辅助部件少，本体结构简单的测量仪表，减少仪表后续维护工作。

参考文献:

[1]刘子云,双法兰差压液位变送器与浮筒液位计的比较[J].化工自动化及仪表,2015.19(42):20-25

[2]陆建民,张振基,黄布余.石油化工自动化控制设计手册[M],3版.北京：化学工业出版社,2000:140

[3]董合林,王飞,杨晖.雷达液位计的应用及故障处理[J].石油化工自动化,2016.4(52):50-56