制糖蒸發(fā)罐是具有低壓力或真空度的密封容器，罐內(nèi)糖汁是高粘度介質(zhì)，易形成結(jié)晶、積垢。糖汁在加熱蒸發(fā)過程中，由于糖液的沸騰和粘度較大，測(cè)量?jī)x表的引出管線容易被堵塞。所以，在測(cè)量罐內(nèi)物料的液位時(shí)，要選取合適的測(cè)量?jī)x表及方法。其中有不帶遷移的單法蘭差壓及吹氣差壓式等方法。我們根據(jù)本廠一次檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)際情況，決定采用吹氣差壓式的測(cè)量方法；同時(shí)，注意在提高吹氣式液位計(jì)運(yùn)行可靠性、測(cè)量精度等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)試驗(yàn)。
1、組成及原理
本廠制糖蒸發(fā)罐液位測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理見圖1，在蒸發(fā)罐外安裝一條DN50的連通管，氣源通過昌暉生產(chǎn)的吹氣式液位計(jì)(包括差壓變送器、空氣過濾器、減壓閥、恒流閥、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)等)向連通管的上下吹氣口吹氣。當(dāng)氣源壓力足以克服下端和上端吹氣口氣所在平面的糖液靜壓P0和P"0，氣體就會(huì)從吹氣口逸出。顯然，如果逸岀的氣流量很少(如50-60氣泡/min), 則可近似地認(rèn)為P0和P"0處的氣體壓力P和P"隨P0和P"0及蒸汽壓力的變化而變化。如果供氣量恒定不變，則吹氣管壓力P和P"是隨P0和P"0同步變化的，即反映液位變化情況的靜壓差△P=P0-P"0，氣壓差△P由單晶硅差壓變送器測(cè)量岀來，并轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送往DCS顯示。由圖1可以看到，吹氣裝置既起到了隔離作用，又起了傳遞壓力作用，故可用于測(cè)量蒸發(fā)罐高粘度的糖液而不會(huì)使導(dǎo)管堵塞，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、便于維修。吹掃裝置是為了凈化空氣和使吹氣流量恒定而設(shè)的裝置，吹氣流量的恒定是公式能夠成立的前提。
圖1 制糖蒸發(fā)罐吹氣式液位計(jì)測(cè)量原理圖
由流體力學(xué)原理可知，氣體在臨界壓縮比(P1/P2)kp情況下，流經(jīng)節(jié)流元件的氣體流量達(dá)到最大值；此時(shí)流量不再隨節(jié)流元件前后的壓力差增加而增加，而保持為一個(gè)常量Qmax。如果氣源是空氣等雙原子氣體，這個(gè)臨界壓縮比(P1/P2)kp=0.528。在吹掃裝置中選擇了阻力較大的節(jié)流元件，只要節(jié)流元件前的壓力P1變化不大，且滿足了P2＜0.528P1的條件，就可達(dá)到氣源流量恒定不變的要求。
2、吹氣式液位計(jì)參數(shù)計(jì)算，技術(shù)措施及技術(shù)指標(biāo)
2.1 差壓變送器量程計(jì)算
從吹氣式液位計(jì)工作原理可知差壓變送器量程為S=△P=H×ρ，根據(jù)安裝在DN50取樣管旁的液面指示玻璃所指示的液面波動(dòng)情況，取H=3m。另根據(jù)對(duì)蒸發(fā)罐糖漿錘度測(cè)定的28個(gè)數(shù)據(jù)，取其平均值，得到蒸發(fā)罐糖漿在工作溫度(80℃)下平均密度為1.08787g/cm3，故差壓變送器量程S=H×ρ=300×1.08787=32.02kPa
2.2安裝吹氣式液位計(jì)的幾點(diǎn)技術(shù)措施
①為了減少吹氣量及使差壓變送器輸出穩(wěn)定，同時(shí)需避免吹氣咀堵塞，我們把吹氣咀口徑制作為10mm，經(jīng)過三個(gè)榨季的試驗(yàn)，吹氣咀無堵塞故障，吹氣式液位計(jì)運(yùn)行可靠。
②蒸發(fā)罐在放進(jìn)水或堿液時(shí)按工藝需要其液面大大超過糖漿的正常液面。如果在洗機(jī)期間壓縮空氣系統(tǒng)停止供氣時(shí)向蒸發(fā)罐供水，液體將會(huì)倒灌吹掃裝置和差壓變送器，造成測(cè)量系統(tǒng)失靈。為了防止這種情況，我們把吹氣咀與吹掃裝置相連的一段管路中安裝一段彎管，彎管高度超過最高液面，這樣就解決了液面倒灌問題。
③制糖蒸發(fā)罐為不透明密閉容器，無法直接觀察內(nèi)部液面情況，為了驗(yàn)證吹氣式液位計(jì)測(cè)量效果及精度，我們?cè)贒N50連通管液面波動(dòng)范圍的位置上安裝了液位指示玻璃管及刻度標(biāo)尺，可直接觀察到液面升降位置，為查定吹氣式液位計(jì)測(cè)量精度提供了實(shí)際數(shù)據(jù)。
2.3吹氣式液位計(jì)技術(shù)指標(biāo)
經(jīng)過對(duì)液位測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際查定，可達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：
①測(cè)量范圍：0-3m
②測(cè)量誤差：以安裝在DN50連通管上的液位指示玻璃管及標(biāo)尺所指示的液位為準(zhǔn)，液位測(cè)量系統(tǒng)基本誤差±1%(昌暉儀表供貨時(shí)注明使用玻璃浮子流量計(jì)時(shí)吹氣式液位計(jì)的精度為4%)。
③靈敏度：＜1%
④來回變差：＜±1%
⑤輸出信號(hào)：4-20mA
⑥供電電源：DC24V
⑦使用環(huán)境條件：溫度-10～55℃；相對(duì)濕度95%。
3、吹氣式液位計(jì)調(diào)校運(yùn)行要點(diǎn)
①吹氣式液位計(jì)投入運(yùn)行前，應(yīng)按設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)校好差壓變送器及吹掃裝置。注意調(diào)校好吹掃裝置中的 恒差繼動(dòng)器，使輸入與輸出的壓力差為10kPa(P入-P出=10kPa)，并合乎精度要求。
②吹氣式液位計(jì)投運(yùn)前，應(yīng)先接通吹氣氣源，然后再開啟安裝在DN50連通管上的上下采樣閥，以上步驟正常后投運(yùn)差壓變送器。
4、吹氣式液位計(jì)應(yīng)用情況
吹氣式液位計(jì)安裝試驗(yàn)以來，經(jīng)過三個(gè)榨季的試驗(yàn)及運(yùn)行使用，運(yùn)行可靠， 維修量較少。吹氣咀可以連續(xù)使用一個(gè)榨季而不堵塞。吹氣式液位計(jì)的輸出信號(hào)在DCS指示，使生產(chǎn)崗位工人隨時(shí)掌握蒸發(fā)罐內(nèi)糖漿真實(shí)液位的變化情況，從而更好地控制液位在合適位置，并為蒸發(fā)工序自動(dòng)控制解決了糖漿液位檢測(cè)問題。
查定情況：我們?cè)贒g50連通管上安裝了液位指示玻璃管并在旁邊安裝了刻度標(biāo)尺，以玻璃管所示液面為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)照吹氣式液位計(jì)示值進(jìn)行精度查定。為了對(duì)瞬時(shí)值的查定對(duì)照較為及時(shí)準(zhǔn)確，我們使用過程校驗(yàn)儀在液位指示玻璃管旁進(jìn)行差壓變送器輸出讀數(shù)。同時(shí)把DN50取樣管下端的閘閥關(guān)小，使讀數(shù)時(shí)液面較為穩(wěn)定。查定數(shù)據(jù)見表1。
表1 制糖蒸發(fā)罐糖漿液位測(cè)量查定記錄
液位標(biāo)尺數(shù)cm 146 134 125 115 105 94 164 159 169 174 232 240 222 207 187
液位計(jì)示值cm 147 135 126 115.5 105 94.5 163.5 159 169.5 174 232.5 240 223.5 207 186.5
誤差cm +1 +1 +1 +0.5 0 +0.5 -0.5 0 +0.5 0 +0.5 0 +1.5 0 -0.5
從查定數(shù)據(jù)可知，吹氣式液位計(jì)的最大讀數(shù)誤差為1.5cm，而差壓變送器量程為300cm，則吹氣式液位計(jì)最大相對(duì)百分誤差為Qmax=|1.5|/300× 100%=0.5%＜1%。
以上計(jì)算表明，昌暉吹氣式液位計(jì)在制糖蒸發(fā)罐液位測(cè)量中已達(dá)到較高的測(cè)量精度，能滿足制糖生產(chǎn)的需要。
作者：莫趣年、陳勝祺
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