后處理吹氣式液位計(jì)由過(guò)濾減壓閥、吹掃裝置、差壓變送器及中間連接管線等組成，由昌暉儀表制造有限公司在出廠時(shí)集成在一起，現(xiàn)場(chǎng)施工只連接氣路管線即完成安裝，使安裝難度下降。
1、混合澄清槽吹氣儀表檢測(cè)方案
1.1 吹氣檢測(cè)原理
吹氣式液位計(jì)主要由兩部分構(gòu)成，一部分為吹掃裝置，由空氣過(guò)濾減壓閥、小流量控制器與玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)構(gòu)成，另一部分由差壓變送器、波紋管防污隔離閥(根閥)和伸入設(shè)備的吹氣管組成，其工作原理如圖1。吹氣檢測(cè)方法是將吹氣管插入到設(shè)備的不同深度，然后將壓縮空氣通過(guò)過(guò)濾減壓閥后，均勻地進(jìn)入吹氣管中，連續(xù)不斷地向被測(cè)介質(zhì)中吹入。當(dāng)吹氣管下端液面位置的靜壓小于吹氣管內(nèi)的壓力時(shí)，壓縮空氣經(jīng)吹氣管下端的氣泡均勻冒出，差壓變送器上獲得的差壓值即為兩根不同深度的吹氣管對(duì)應(yīng)位置的靜壓值，根據(jù)設(shè)置的吹氣管插深和差壓值，獲得需檢測(cè)的各參數(shù)?；竟綖閜=ρgh，其中ρ為容器內(nèi)介質(zhì)密度，g為重力加速度，h為吹氣管插入的深度。
圖1 吹氣式液位計(jì)測(cè)量原理示意圖
1.2 混合澄清槽吹氣儀表檢測(cè)方案
混合澄清槽是后處理溶劑萃取生產(chǎn)過(guò)程中用到的一種溶劑萃取裝置，依靠重力來(lái)實(shí)現(xiàn)水相和有機(jī)相的混合和澄清分相，通過(guò)對(duì)混合澄清槽的界面、液位、密度等參數(shù)的測(cè)量監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，為運(yùn)行人員提供有效數(shù)據(jù)。各混合澄清槽的尺寸和級(jí)數(shù)不盡相同，但是每級(jí)檢測(cè)的工藝參數(shù)相同。
在建后處理項(xiàng)目中的混合澄清槽需檢測(cè)兩級(jí)相關(guān)參數(shù)的，每級(jí)檢測(cè)的參數(shù)均為水相密度、有機(jī)相密度、液位和界面，采用吹氣測(cè)量法進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)量裝置由吹氣管、吹掃裝置和差壓變送器3部分構(gòu)成，檢測(cè)到的差壓信號(hào)送至控制系統(tǒng)運(yùn)算后顯示。但是，其檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有兩種，如圖2所示。一種是由二管、三管和四管3個(gè)分體式吹氣儀表組合使用方式，另一種是由三管、四管和四管的分體式吹氣儀表組合使用方式，都能夠滿足工藝參數(shù)的測(cè)量。
圖2 現(xiàn)有混合澄清槽儀表檢測(cè)系統(tǒng)
同一級(jí)設(shè)備檢測(cè)的參數(shù)相同，第一級(jí)插管數(shù)量均為5根，第二級(jí)插管數(shù)量均為4根，第一級(jí)與第二級(jí)之間共用吹氣管，但是吹氣儀表的組合使用方式，因設(shè)計(jì)人員的不同而具有差異性。該種方式存在結(jié)構(gòu)零件及管線較多，安裝空間占地大，維護(hù)檢修工作量大等問(wèn)題。隨著項(xiàng)目的開(kāi)展，核化工儀控設(shè)計(jì)人員結(jié)合科研成果，在項(xiàng)目中開(kāi)始部分使用由生產(chǎn)廠家集成好的吹氣式液位計(jì)，一定程度上改善了吹氣儀表的外形，使其更加緊湊，所占空間更小，同時(shí)管線系統(tǒng)的改進(jìn)與集成使安裝難度下降。但是，工藝關(guān)鍵設(shè)備使用的吹氣儀表結(jié)構(gòu)形式仍為分體式，各子項(xiàng)間對(duì)同種關(guān)鍵設(shè)備和相同的檢測(cè)參數(shù)，選用的吹氣式液位計(jì)也不盡相同，同時(shí)在安裝過(guò)程中，管線之間的連接和差壓檢測(cè)儀表的安裝仍然存在安裝困難的問(wèn)題。
2、混合澄清槽配套吹氣式液位計(jì)檢測(cè)方案設(shè)計(jì)
2.1 混合澄清槽配套吹氣式液位計(jì)儀表管線系統(tǒng)優(yōu)化及整體方案設(shè)計(jì)
在分析總結(jié)后混合澄清槽及其吹氣儀表檢測(cè)情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有吹氣式液位計(jì)研究成果，優(yōu)化改進(jìn)管線系統(tǒng)，把兩個(gè)及兩個(gè)以上的吹氣裝置內(nèi)的管線系統(tǒng)集成到一個(gè)吹掃裝置中，同時(shí)將吹掃裝置、壓力/差壓變送器及其連接管線整合為一體，對(duì)管線進(jìn)行集成化、一體化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)混合澄清槽配套吹氣式液位計(jì)檢測(cè)統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)方案。
圖2為現(xiàn)有混合澄清槽儀表檢測(cè)系統(tǒng)，均有兩級(jí)需要檢測(cè)，由3個(gè)吹掃裝置共同測(cè)量。吹掃裝置雖然組合方式不同，但是每一級(jí)的檢測(cè)參數(shù)均相同，獲取密度、液位等8個(gè)工藝參數(shù)，然后通過(guò)壓力變送單元就地顯示壓力差。因此，可研究每一級(jí)設(shè)備單獨(dú)的吹氣管線系統(tǒng)方案，減少各級(jí)之間共用的吹氣管，使每一級(jí)管線系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，將吹氣管線系統(tǒng)氣路分配去復(fù)雜化，吹氣管線系統(tǒng)優(yōu)化后如圖3所示。每一級(jí)設(shè)備內(nèi)插入5根吹氣管，將兩級(jí)之間的共用管分別每級(jí)單獨(dú)配置，相較于原氣路分配，兩級(jí)及以上的混合澄清槽氣路管線系統(tǒng)，每增加一級(jí)，多一根吹氣管，但是每一級(jí)的檢測(cè)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，互相無(wú)影響，可以降低管線系統(tǒng)氣路分配的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)每級(jí)液位、界面、水相密度和有機(jī)相密度的4個(gè)參數(shù)的檢測(cè)。
圖3 混合澄清槽每級(jí)管線系統(tǒng)優(yōu)化檢測(cè)方案
將混合澄清槽原有的兩個(gè)及兩個(gè)以上吹氣式液位計(jì)及復(fù)雜的儀表管線系統(tǒng)優(yōu)化，對(duì)管線進(jìn)行集成化、一體化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，管線系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性上升，因此儀表部分需具有一定的靈活性，對(duì)其進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，方便后續(xù)維護(hù)和零部件的更換。在優(yōu)化吹氣管線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將測(cè)量部件(壓力傳感器、信號(hào)處理模塊、運(yùn)算模塊、顯示模塊及電源模塊)、取壓部件(取壓分配器、流量控制器、過(guò)濾減壓裝置及吹氣管管路系統(tǒng)等)模塊化后，將吹氣裝置和8個(gè)變送器集成在一個(gè)箱體式的吹氣式液位計(jì)中，形成針對(duì)混合澄清槽的專有一體化吹氣檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖4所示。
圖4 混合澄清槽配套吹氣式液位計(jì)儀表方案原理框圖
其中，氣體流量控制模塊將浮子流量計(jì)和穩(wěn)流閥設(shè)計(jì)成模塊化形式，方便拆裝，將吹氣流量控制在0L/h～10L/h的范圍內(nèi)，具體的調(diào)節(jié)在調(diào)試過(guò)程中，通過(guò)氣體流量控制模塊上的旋鈕對(duì)氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使氣體在吹氣管口能夠穩(wěn)定、均勻地冒出氣泡，平均速度為1個(gè)/秒。
2.2 混合澄清槽配套吹氣式液位計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)算方案研究
混合澄清槽配套吹氣式液位計(jì)檢測(cè)運(yùn)算是將差壓值轉(zhuǎn)換為液位、密度、液位信號(hào)、界面等檢測(cè)參數(shù)，具體需根據(jù)吹氣管浸入的位置對(duì)各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。設(shè)管1、管2、管3、管4和管5分別為y1、y2、y3、y4和y5。
當(dāng)液位穩(wěn)定在混合澄清槽溢流堰口時(shí)，存在關(guān)系：?P液位=?P界面+P1，其中?P液位和?P界面分別為變送器的實(shí)測(cè)值，P1為y2管的理論壓力值。下面根據(jù)y2管末端位置進(jìn)行判別，并給出具體運(yùn)算公式。
①當(dāng)?P液位≥?P界面+P1+X時(shí)，液位穩(wěn)定在溢流堰口，或高于溢流堰口，即y2管末端浸入有機(jī)相中。其中，X為修正系數(shù)，可根據(jù)調(diào)試情況修改。
此時(shí)，液位為：
H25為y2管、y5管管間距。
此時(shí)，界面為：
②當(dāng)?P液位≤?P界面+P1+X，液位發(fā)生下降，低于溢流堰口，y2管末端已經(jīng)暴露于氣相中，此時(shí)工況異常，無(wú)法精準(zhǔn)計(jì)算液位。
對(duì)液位進(jìn)行估計(jì)：
當(dāng)L液位-估計(jì)≥H25時(shí)，L液位≈H25；當(dāng)L液位-估計(jì)≤H25時(shí)，L液位≈L液位-估計(jì)。
對(duì)界面范圍的估計(jì)，需借助?P水相，根據(jù)每個(gè)周期的數(shù)據(jù)變化來(lái)判斷，界面位于y4管以下，還是y2管與y4管之間。
③有機(jī)相密度與水相密度的計(jì)算
當(dāng)液位高于y2管，界面低于y3管，即y2管與y3管末端均浸入有機(jī)相中，此時(shí)可測(cè)得有機(jī)相密度ρ有機(jī)=?P有機(jī)/(H23×g)。當(dāng)界面高于y4管時(shí)，ρ水=?P水相/(H45×g)。
為了獲得液位、界面的更大有效測(cè)量區(qū)間，兩密度實(shí)測(cè)值不參加液位、界面運(yùn)算，公式中使用的密度為給定值。
3、結(jié)論
本文基于混合澄清槽設(shè)備自身特點(diǎn)和檢測(cè)需求，結(jié)合吹氣測(cè)量法，優(yōu)化吹氣管線系統(tǒng)，將每一級(jí)吹氣管線獨(dú)立化設(shè)計(jì)，減少了吹氣管線系統(tǒng)的復(fù)雜性，然后給出吹氣式液位計(jì)集成化、模塊化設(shè)計(jì)原理圖，方便后續(xù)維修和零部件的更換。最后，給出根據(jù)差壓值轉(zhuǎn)換為液位、密度、液位信號(hào)、界面等檢測(cè)參數(shù)的運(yùn)算方案。混合澄清槽配套吹氣式液位計(jì)檢測(cè)方案可減少現(xiàn)場(chǎng)的安裝、維修工作量，節(jié)省安裝空間，降低了一定的經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)利于核化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)的統(tǒng)一化，也可減少現(xiàn)場(chǎng)備品備件的種類，增強(qiáng)零部件的通用性。
作者：楊佳煜、趙利美、王志勇
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