用吹氣式液位計檢測液位是一種非常經(jīng)典的液位測量方法，其結(jié)構(gòu)簡單且運(yùn)行可靠，特別是在被測工藝介質(zhì)高黏度、易凝固、易結(jié)晶、含懸浮顆粒、易堵塞引壓管(差壓法測液位)、強(qiáng)腐蝕性、放射性、敏感部件易被粘附等超常態(tài)工況下，吹氣式液位計是一種合理有效的液位測量儀表。

吹氣式液位計測量液位準(zhǔn)確，狀態(tài)穩(wěn)定，且維護(hù)方便。新疆藍(lán)山屯河能源有限公司年產(chǎn)10.4萬噸丁二醇項目，在BDO裝置高壓加氫工序主、副反應(yīng)釜上設(shè)置的吹氣式液位計，對三臺高壓、高溫、介質(zhì)易起泡沫的反應(yīng)釜液位監(jiān)控及全裝置的穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

1、吹氣式液位計原理
吹氣式液位計測量液位基本原理見圖1。

圖1 吹氣式液位計原理

外接凈化氣源(壓縮空氣)過濾減壓處理后，通過流量測定與調(diào)控，恒定地吹入導(dǎo)壓管中。初始時，調(diào)整減壓閥，使吹氣壓力大于介質(zhì)壓力，這時吹氣壓力將充滿差壓變送器A(型號YR-ER101)的導(dǎo)壓管和正壓室，并應(yīng)使吹入的氣體緩慢地從容器中鼓泡排出液面，一般每分鐘最多幾十個小氣泡即可滿足要求。由于從導(dǎo)壓管中排出的凈化氣源流量很小，導(dǎo)壓管內(nèi)氣體壓力與導(dǎo)壓管出口的液體介質(zhì)壓力相等，這時差壓變送器(或壓力變送器)所反映的差壓(壓力)就是被測液位h處的壓力。通過壓力的準(zhǔn)確檢測而獲得容器中的液位、密度、界面等參數(shù)。

1.1 液位測量
①對于開口容器:
P=ρ×g×h
h=P1/(ρ×g)
②對于密閉容器:
P1=ρ×g×h+P0
h=(P1-P0)/(ρ×g)
式中， P1為變送器A的測量壓力值；ρ為介質(zhì)的密度；g為重力常數(shù)；h為液位高度(未計固定的起始液位)，P0為密閉容器頂部壓力(通過安裝在容器頂部的壓力變送器YR-ER101測量得到)。

1.2 密度修正
當(dāng)介質(zhì)組分發(fā)生變化時，或因溫度的變化而引起密度變化時，須增加兩根吹氣管及差壓變送器變送器B，由此檢測介質(zhì)密度，從而修正液位數(shù)值。
ΔP2 =ρ×g×h1
ρ=ΔP2/(g×h1)
式中， ΔP2為差壓變送器B(用于密度測量)的差壓值；h1為密度測量吹氣管的固定液位差值。

將式ρ=ΔP2/(g×h1)代入到式h=P1/(ρ×g)中，得到液位h的測量結(jié)果:
h=P1/(ΔP2/h1)=h1×P1/ΔP2

從以上論述中可以看出，吹掃裝置具有的特點：
◆起到了隔離作用，實質(zhì)上吹氣法實現(xiàn)了介質(zhì)與變送器的有效隔離，吹氣法測量可認(rèn)為是非接觸式測量。
◆起傳遞壓力作用，通過測量壓力而間接獲得液位。
◆在這種測量方法中，受氣源壓力波動和雜質(zhì)影響較大，因此保證凈化氣流量的恒定至關(guān)重要。

2、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用
新疆某年產(chǎn)10.4萬噸丁二醇項目BDO合成裝置高壓加氫單元的主、副反應(yīng)釜均為高溫、高壓設(shè)備，介質(zhì)在反應(yīng)過程中極易產(chǎn)生大量泡沫。該反應(yīng)釜主要任務(wù)是在釜內(nèi)將前序工段生產(chǎn)的丁炔二醇(BYD)和高純度氫氣，在30.5MPa(g)壓力和135℃溫度下加氫反應(yīng)生成丁二醇(BDO)。為了確保上游工段氫壓機(jī)和高壓循環(huán)液泵的穩(wěn)定運(yùn)行，必須保證運(yùn)行中氣相不能帶液，液相不能帶氣，否則可能造成壓縮機(jī)液擊或液體循環(huán)泵氣蝕損壞。

由于反應(yīng)釜中BYD料液極易產(chǎn)生泡沫，由此可能導(dǎo)致反應(yīng)釜上部呈現(xiàn)氣液混合態(tài)或泡沫狀，反應(yīng)釜下部呈清液層但夾雜有少量的小氣泡。

按照設(shè)計，每臺反應(yīng)釜上設(shè)置有一臺導(dǎo)波雷達(dá)液位計和一套吹氣式液位計，對反應(yīng)釜內(nèi)工藝介質(zhì)的液位進(jìn)行監(jiān)測。導(dǎo)波雷達(dá)液位計利用電磁波從發(fā)射到接收的時間與到液面的距離成正比這一原理測得液位。該液位計選用棒式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(可滿足135℃高溫，30.5MPa(g)高壓要求)，但由于該型號導(dǎo)波雷達(dá)液位計本身測量原理的影響，在運(yùn)行初期調(diào)試開車時受反應(yīng)釜內(nèi)泡沫干擾很大，經(jīng)反復(fù)調(diào)試僅可短暫使用。待生產(chǎn)穩(wěn)定后，由物料平衡可判斷出此雷達(dá)液位計測量誤差很大，因此對反應(yīng)釜的液位準(zhǔn)確監(jiān)測造成了較大影響。

生產(chǎn)運(yùn)行中，對這種極易產(chǎn)生泡沫的BDO合成高壓反應(yīng)釜的液位進(jìn)行測量時，實際生產(chǎn)工況對測量的干擾很大。由于對零點液位的判斷不明確，從而在液位測量過程中指示波動較大，致使工藝生產(chǎn)操作無法實現(xiàn)自動化，更為嚴(yán)重的后果可能因此出現(xiàn)液位過高而導(dǎo)致氣相帶液。

相比雷達(dá)液位計，BDO裝置反應(yīng)釜上設(shè)置的吹氣式液位計對該反應(yīng)釜內(nèi)工藝介質(zhì)液位的測量更加穩(wěn)定、可靠。經(jīng)過計算，主反應(yīng)釜的液位變化在0-1300mm，副反應(yīng)釜的液位變化在0-1140mm，反吹氣不用另行供給，直接采用上游工序氫氣循環(huán)壓縮機(jī)送過來的30.5MPa的高壓氫氣。此高壓氫氣管線上設(shè)置有高壓轉(zhuǎn)子流量計，可通過氣體流量變化分析吹氣量及引壓管內(nèi)的情況。變送器采用高靜壓型，耐壓達(dá)42MPa，耐溫-40～200 ℃，測量范圍為0～15kPa，完全滿足工藝要求。

在實際安裝、運(yùn)行中，該吹氣式液位計的使用須滿足以下條件：
①吹氣式液位計測量液位的前提條件是保證正相導(dǎo)壓管的下端有微量氣泡緩慢逸出，因此反吹氣采用了從上游工序氫氣循環(huán)壓縮機(jī)送過來的30.5MPa左右的無塵、無油、無水的純凈高壓氫氣，且必須保證反吹壓力微高于反應(yīng)釜內(nèi)部壓力約0.08-0.2MPa。
②差壓變送器的安裝位置最好高于反應(yīng)釜內(nèi)的最高液位，若不能，必須安裝彎管，其高度必須超過最高液位，以防止被測介質(zhì)進(jìn)入變送器。
③吹氣法測量液位的關(guān)鍵是要有恒定的吹氣流量，否則會產(chǎn)生較大誤差。吹掃裝置使用限流孔板，讓孔板后面的絕對壓力和孔板前的絕對壓力之比在小于臨界壓縮比時，氣體的流速不再隨孔板前后的壓差變化而變化，且流經(jīng)孔板的流量最大。基于以上原理，限流孔板選擇為孔徑0.8mm的透鏡連接方式，起到限流穩(wěn)壓的作用。
④當(dāng)上游工序氫氣循環(huán)壓縮停機(jī)時，及時關(guān)閉反應(yīng)釜頂部反吹氣根部閥，防止釜內(nèi)溶液倒流。

3、現(xiàn)場實際吹氣式液位計的投用步驟
BDO合成工序主、副反應(yīng)釜吹氣式液位計安裝接管示意見圖2和圖3。

圖2 主反應(yīng)釜吹氣式液位計接管


圖3 副反應(yīng)釜吹氣式液位計接管

吹氣式液位計投用步驟：
① 投用前應(yīng)首先關(guān)閉正、負(fù)壓側(cè)的根部閥。
②打開兩臺變送器上三閥組中的平衡閥。
③然后緩慢打開負(fù)壓側(cè)排污閥和引氣閥，吹掃負(fù)壓側(cè)，直到?jīng)]有液體排出，出來的只是氣體，到此為止，關(guān)閉排污閥。
④稍等片刻，使正、負(fù)壓側(cè)充滿壓力，而后關(guān)閉平衡閥。
⑤打開正、負(fù)壓側(cè)根部閥，到此吹氣式液位計就投用完畢。
⑥氣量大小的調(diào)整要看顯示值的穩(wěn)定程度。

4、吹氣式液位計測量液位的優(yōu)點
吹氣式液位計主要采用差壓液位法測量工藝參數(shù)，差壓變送器測量液位則是一種傳統(tǒng)的測量方法，其原理簡單確定，狀態(tài)穩(wěn)定，檢修方便，用在此處測量反應(yīng)釜液位有以下幾大優(yōu)點：
①測量狀態(tài)穩(wěn)定，反吹氣一直保持正壓，測量管線自潔凈、不易堵塞。
②僅有吹氣管和介質(zhì)接觸，適合測量高溫、高黏度、強(qiáng)腐蝕、易凝固結(jié)晶的介質(zhì)。
③基于吹氣法測量原理，將各個限流裝置小型化、集成化，使安裝、使用、維護(hù)更方便。
④變送器不與液位測量介質(zhì)接觸，采用最基本的壓力變送器就能滿足測量需求。

5、結(jié)語
吹氣式液位計在BDO合成裝置高壓加氫單元反應(yīng)釜上投用后，測量效果良好，有效彌補(bǔ)了導(dǎo)波雷達(dá)液位計受釜內(nèi)泡沫影響而測量不準(zhǔn)、跳變劇烈的情況，使反應(yīng)釜在正常生產(chǎn)過程中的液位穩(wěn)定可調(diào)，為相關(guān)設(shè)備及生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。
作者：楊武(中國成達(dá)工程有限公司)