关于合成氨装置差压测量汽包液位的补偿方法

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【摘要】在合成氨装置汽包液位的准确测量关系到整个装置的稳定运行及安全生产，当下差压测量汽包液位基本上都使用双室平衡容器做为一种辅助装置来消除汽包的虚假液位。由于双室平衡容器在设计制造时采取了特殊的结构，这种结构最大限度地削弱了汽水密度变化对常规运行水位差压的影响，所以双室平衡容器在汽包的液位测量中拥有着不可替代的地位。但是尽管如此，它并不能完全满足生产的需要，仍需继续补偿，才能达到控制需要。在这里我就对本装置所用的双室平衡容器作出的补偿方法做出详细介绍。

【关键词】双室平衡容器 测量原理 西门子PCS7 补偿方法

青海盐湖集团化工分公司是青海盐湖工业股份有限公司的子公司，公司主要生产合成氨、尿素、PVC、钾碱、甲醇等，其中合成氨装置的转化汽包在整个装置的水汽循环中起着至关重要的作用，所以对与它的测量的准确度要求比较高，一般情况下都是利用双室平衡容器来消除液位计在测量中的误差，但还是不能满足工艺需要的准确度，经过研究，我们将水和蒸汽在不同温度和不同压力下的比重变化经过计算固化在了DCS控制系统中，使其随温度和压力的不同而变化，在实际应用中起到了显著作用。现希望通过作者的实践工作结合理论，为汽包液位计的使用者提供一些借鉴的东西。

1 平衡容器的结构介绍

本项目转化汽包所用平衡容器如图一所示；

（2） 3与汽包液相连通形成连通器，能够反映汽包内液位，可作为差压变送器正压侧使用。

（3） 4为参比室在正常使用时室内水位必须保持在上法兰口的中心线处，依靠汽包的凝结水来补充液位，作为差压变送器负压侧使用。

（4）由平衡容器形成参比水柱，比较汽包内水柱与参比水柱的高度差，将高度差转换为静压差P=ρgh，从而实现“水位-差压”变换，再由传输环节将差压送至变送器，测量显示水位。

2 虚假也为原因及在DCS系统中的补偿方法

通常情况下由于需要蒸汽的负荷急剧增加时导致汽包压力下降，汽包内水沸腾突然加剧水中气泡迅速增多使整个水位抬高从而形成虚假液位上升。相反在负荷急剧减小时由于汽包压力上升，所以水位瞬间下降引起汽包内水的汽水速度加速汽泡量增加出现沸腾现象。与此同时水的比重也随汽包内压力和温度的变化而变化，从而形成虚假液位使变送器的检测信号不能真实地反映汽包内实际液位变化情况。所以在使用了双室平衡容器后很好的克服了这一现象，但是尽管如此，它并不能完全满足生产的需要。究其原因，是由于介质密度的变化所造成的。因此，必须要采取一定的措施，进一步消除密度变化对汽包水位测量的影响。这种被用来消除密度变化带来的影响的措施就叫做补偿。通过补偿以准确地测定汽包中的水位。汽包水位测量补偿的方法通常有两种，一种是压力补偿，另一种是温度补偿。

（1）首先在CFC中找到这一个组态模块；POLYG_P，把计算好的水和蒸汽在不同压力和温度下的密度输入进去。

（2）在该功能块中根据汽包压力选择输出饱和水和饱和蒸汽的密度值。饱和水密度功能块设置为：u取自汽包压力的值，单位为MPa；u1=0，v1=0.9588；u2=1，v2=0.8879；u3=2，v3=0.8511；u4=3，v4=0.8236；u5=4，v5=0.8004；u6=5，v6=0.7797；u7=6，v7=0.7605；u8=7，v8=0.7424；N=8。

饱和蒸汽密度功能块设置为：u取自汽包压力的值，单位为MPa；u1=0，v1=0.00058；u2=1，v2=0.005053；u3=2，v3=0.009852；u4=3，v4=0.01472；u5=4， v5=0.0197；u6=5，v6=0.02484；u7=6，v7=0.03018；u8=7，v8=0.03574；N=8。以上u1～u8为汽包压力值，v1～v8为汽包压力值对应的饱和水和饱和蒸汽对应的密度值。

（3）假设法兰间距为800MM，那么差压变送器所测差压P=P+-P-=ρ水gh+ ρ汽g（800-h）- ρ水g800①，根据①式推导h=[（ρ水g800-ρ汽g800）+ P]/（ρ水g-ρ汽g） ②，将②式内容在CFC功能块中找到相应的计算模块组态连接，其中：ρ水为饱和水密度，ρ汽为饱和蒸汽密度，g=9.8，h为汽包液位值，单位mm，量程0～800，P为差压变送器所测差压值，单位为Pa。

（4）根据①将汽包的差压测量范围设定为-7.506KPa～0。由于我装置所有液位计在DCS操作员画面上显示设置量程范围为0～100%，②式中 P的单位为Pa，所以需引入公式 （P对应的液位x0.01x7.506-7.506）x1000目的是将百分数值转化为单位为Pa的差压值。

（5）经过一系列运算，h最终输出值要为0～800mm范围内，引入公式（h/8）x100%④，将其转化为百分数显示液位，至此修改完毕。

（6）以上计算都要经过DCS中的CFC中的运算模块来完成。3 结束语

化工装置的计量体系中需要反映准确的液位等参数，以保证化工厂的水系统及蒸汽系统的稳定运行。因此对双室平衡容器的测量加以补偿对于汽包液位的测量来说有着非常重要的作用，这种补偿方法比较简单且不耗费任何资金及人力物力，所以可以在化工以及其它行业中广泛推广。

参考文献

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[5] 陶希平，许九州.模拟电子技术基础[M].北京：化学工业出版社，2001