(唐山三友化工股份有限公司熱電分公司，河北 唐山 063305)

我公司鍋爐煙氣濕法脫硫塔，采用兩種脫硫劑，一是鹽水精制工序石灰-純堿法精制鹽水過程中產(chǎn)生的廢棄鹽泥；另一是氯堿公司的電石渣漿，密度范圍：1 040～1 070 kg/m3。這既減少了純堿生產(chǎn)過程中污染物的排放，又減少熱電鍋爐煙氣脫硫需要的脫硫劑采購成本。鹽泥主要成分碳酸鈣、電石渣漿的主要成分氫氧化鈣與煙氣中的污染物二氧化硫反應，生成的石膏可作為建筑材料，變廢為寶，是集團發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的體現(xiàn)和成果。脫硫劑漿液中的各種鹽分反應轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，將使?jié){液密度增大，溶液pH值也將發(fā)生變化。準確測取循環(huán)漿液密度和pH值，可掌握脫硫劑的反應進程，及時排出石膏漿液，防止因脫硫劑反應失效造成煙氣SO2超標和形成石膏雨。

另外，氨堿法生產(chǎn)純堿，氨氣作為中間介質(zhì)在生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)使用。濾過母液中所含有的游離氨和固定銨是在蒸餾塔、預灰桶中發(fā)生反應，完成氣、液分離并經(jīng)過冷卻后回收再利用的。預灰桶是固定銨轉(zhuǎn)化為游離氨的反應器，其高效運行直接關系到氨的回收效率、石灰乳的消耗、蒸汽消耗等重要指標。儀表自動控制的任務，就是在保證廢液含氨達到規(guī)定指標的前提下，盡量減少灰乳及蒸汽的消耗，實現(xiàn)節(jié)能降耗，蒸氨經(jīng)濟運行。這就要求構成串級控制系統(tǒng)的主參數(shù)——調(diào)和液pH值、副參數(shù)——母液流量和灰乳流量檢測數(shù)據(jù)準確，儀表工作穩(wěn)定。保證母液流量與灰乳流量的比值控制參數(shù)基本保持恒定(例如灰乳對母液比為1∶3)。但若實現(xiàn)最優(yōu)配灰(既不跑氨，灰乳消耗又最低)，實施精準控制的目標，通過對灰乳、調(diào)和液密度及pH值完成實時在線檢測，以此修正、調(diào)節(jié)灰乳加入量和灰乳-母液的比值，來確保調(diào)和液過灰量保持在合理區(qū)間，就顯得非常重要。通過對調(diào)和液密度進行檢測，找出密度變化與蒸餾塔內(nèi)壁結疤的規(guī)律，可為優(yōu)化工藝及操作，延長蒸餾塔運行周期，具有重要意義。

1 差壓法漿液密度測量的工作原理

差壓法密度測量，是通過測取液體內(nèi)部靜壓力，根據(jù)靜力學公式：

圖1 差壓法測量溶液密度原理圖

式中，ρ為漿液密度，ΔP為取壓點1、2兩點間的靜差壓，g為重力加速度，H為壓力取壓點1與壓力取壓點2的距離。變送器安裝位置確定，式中H就為固定值。通過測取1、2兩點間的靜壓力差，即可計算出液體的密度。

2 密度測量儀表及應用情況

目前市場上，根據(jù)測量原理的不同，密度儀表有：質(zhì)量流量密度計、超聲波密度計、音叉密度計、核子密度計、靜壓密度計等多種。我公司鹽水精制工序安裝兩臺質(zhì)量流量密度計：安裝在從石灰車間來的石灰乳管道上。一臺用于測量石灰乳懸濁液的密度，另一臺用于測量鍋爐煙氣鹽泥脫硫劑密度，安裝在外送鍋爐煙氣脫硫塔泵出口取樣分支管道上，取樣漿液經(jīng)質(zhì)量流量計測取密度值后返回脫硫劑儲桶。鍋爐煙氣脫硫塔循環(huán)漿液密度曾采用超聲波密度計、音叉密度計、靜壓密度計測量。超聲波密度計、音叉密度計直接安裝在脫硫塔上，而靜壓密度計則安裝在循環(huán)漿液泵出口的取樣支管的測量桶上。

從實際使用情況看，石灰乳質(zhì)量流量密度計和脫硫劑密度計，使用3～6個月后，測量出現(xiàn)誤差且逐漸增大，儀表出現(xiàn)故障而返廠檢修。主要原因是：泵出口壓力較高且介質(zhì)中含砂顆粒物將儀表內(nèi)襯管道或膜片磨漏，使儀表報廢。安裝在脫硫塔上的超聲波密度計、音叉密度計因循環(huán)漿液無規(guī)律流動和氣泡干擾，不能準確測量漿液密度細微變化而未能正常投入。

目前脫硫塔循環(huán)漿液密度的測量方法，是應用上述靜壓原理，通過定距離安裝在塔體上的三組壓力變送器，測得6個循環(huán)漿液壓力值，通過DCS計算，得到三個密度值。投入使用后，與實驗室密度計測取的密度值比對，測量結果存在偏差。分析原因，有如下因素：

1)三組變送器安裝位置沒有處在工藝要求的石膏排出泵入口垂直區(qū)域或循環(huán)漿液泵入口區(qū)域(管道直徑范圍)，而是分布在該區(qū)域上部。造成所測數(shù)據(jù)與實驗室取樣(取樣口在石膏排出泵入口相同高度)測取數(shù)據(jù)存在偏差，始終偏低，且數(shù)據(jù)波動較大。

2)脫硫塔內(nèi)漿液密度存在梯度。由于脫硫劑漿液從噴嘴噴出自由降落，與鍋爐煙氣逆流接觸，液滴吸附煙氣后積聚在塔底儲桶，含有無數(shù)細小的氣泡，氣泡沖撞擴大、上浮成為泡沫。反應生成的石膏等結晶微粒在相互碰撞中相互粘連生長為較大晶體顆粒，與各種較大不溶顆粒物、泥沙自由沉淀，造成整個液位垂直范圍內(nèi)存在密度梯度。氣泡的存在，使測量結果出現(xiàn)靜態(tài)誤差。

3)攪拌器的旋轉(zhuǎn)形成脈動流動和漿液泵循環(huán)流動的影響。參見圖2。

圖2 攪拌器對密度測量的影響

每座脫硫塔安裝三套攪拌器，成120°分布。測量密度的壓力變送器距各攪拌器的距離各不相同。若漿液流動對每組密度變送器的作用強度和時間是同步的，其影響經(jīng)比較運算會相互抵消，對所測密度沒有影響。事實上，由于三臺攪拌器距6臺壓力變送器接液膜片的距離各不相同，使脈動流作用到變送器上產(chǎn)生的擾動，不可能同步，各臺變送器測量膜片上的這些擾動此起彼伏，好比電子線路中的雜波干擾，淹沒了漿液因密度增大而產(chǎn)生的有效靜壓變化信號，不能通過DCS運算而克服，導致測量結果失真。因此，將變送器安裝在脫硫塔上測量密度，結果并不理想。

3 自動沖洗循環(huán)周期測量漿液密度的方法

采用差壓法測量脫硫漿液、預灰桶調(diào)和液、石灰乳懸浮液密度，就必須研究采取有效方法消除漿液中氣泡給測量造成的靜態(tài)干擾和攪拌脈動給測量造成的動態(tài)干擾及砂液磨損問題。含有砂液顆粒物、疤塊物質(zhì)等客觀因素，要求測量裝置必須降低介質(zhì)壓力和流速，減少磨損效應給儀表接液部位造成的損害；含有接液表面結疤效應及沉降泥沙，要求裝置具有反沖洗功能，以延長儀表使用周期，降低儀表測量的故障率；調(diào)和液溫度較高，要求反沖洗水溫度與調(diào)和液、石灰乳溫度不可相差太大，以避免安裝在裝置上的pH電極發(fā)生炸裂損壞；探討設計新的取樣方法，即：全自動周期取樣循環(huán)測量漿液密度、pH值、自動清洗管道裝置，達到降低漿液壓力，減小流速，消除對儀表接液部位的沖刷、磨蝕，延長儀表使用壽命的目的。

1)為了克服石膏漿液、砂液對儀表檢測的不利因素,設計新型測量桶裝置、取樣管道、程控閥門，取樣塔內(nèi)被測漿液到測量桶，把密度差壓變送器和pH儀表電極安裝在測量桶上，以測量桶內(nèi)的漿液作為測量對象，克服脫硫塔內(nèi)部各種工藝環(huán)境對微差壓變送器的動態(tài)干擾和靜態(tài)干擾。

裝置如圖3。包括取樣截止閥、程控電動閥KV-001～KV-004(004″)、測量桶、壓力開關PS-01、PS-02、密度儀表PT-01、PT-02；pH值儀表電極AT-01及連接管線、智能控制儀表等。

圖3 脫硫塔循環(huán)漿液密度、pH值測量系統(tǒng)圖

2)為了實現(xiàn)對預灰桶內(nèi)調(diào)和液、石灰乳密度、pH值的測量，克服預灰桶內(nèi)環(huán)境對測量的干擾,應用測量取樣控制裝置分別按控制流程進行周期取樣。通過測量桶上安裝的密度差壓變送器和pH儀表電極，實現(xiàn)密度和pH值的測量。

裝置如圖4。KV-001～KV-004(004″)、KV-005為程控氣動球閥，由控制儀表按組態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)取樣控制；FV-001為石灰乳調(diào)節(jié)閥；PT-01、PT-02為密度儀表；AT-01為pH值儀表電極；PS-01、PS-02為壓力開關。

圖4 預灰桶調(diào)和液、石灰乳密度、pH值測量系統(tǒng)圖

3)通過智能控制儀表程序組態(tài)，控制自動閥KV-001～KV-004(004″)和KV005的打開和關閉。整個系統(tǒng)將按如下流程完成漿液密度、pH值的測量及自動沖洗工作。

控制組態(tài)流程中的時間t需根據(jù)調(diào)試時閥門開啟情況、漿液、工藝水壓力變化進行摸索確定，是整個裝置能否自動運行的關鍵?？刂葡到y(tǒng)組態(tài)過程需與工藝操作技術人員密切溝通，滿足工藝運行、操作的需要。

4 取樣裝置及儀表的技術要求和存在問題

1)取樣口選擇：根據(jù)脫硫工藝要求，只有兩處的漿液密度參數(shù)最有意義：進入脫硫塔的鹽泥漿液密度和石膏排出泵入口石膏漿液的密度。所以，脫硫塔石膏漿液密度測量取樣口應與石膏排出泵入口(也即手動取樣)在同一水平面且靠近石膏排出泵入口，以保證所測漿液具有代表性。

圖5 控制組態(tài)流程圖

蒸餾塔調(diào)和液取樣既要考慮樣品必須是預熱母液與石灰乳已充分混合，且已完成了化學反應過程，又要使樣品位置盡量前移，以縮短測量過程的時間常數(shù)，減小控制系統(tǒng)的滯后時間。根據(jù)索爾維公司的經(jīng)驗和安裝方法，應將取樣點確定在預灰桶的中下部，可滿足工藝和儀表控制系統(tǒng)對被測參數(shù)——調(diào)和液密度和pH值的要求。

2)合理確定取樣管線、測量桶、排放管線的直徑比。裝置取樣應用連通器原理靠液體靜壓實現(xiàn)自動取樣，取樣管徑小而測量桶管徑大，可使進入測量桶的漿液向上流動的速度比取樣管內(nèi)流速大大降低而緩慢上升，減小對儀表接液部分的磨損。測量桶充滿漿液后，自動取樣閥關閉，樣品在桶內(nèi)流速為零。靜置，儀表完成密度、pH值測量；整個測量過程無動態(tài)干擾。

按控制程序規(guī)定的測量時間測取數(shù)據(jù)后，需將樣品漿液盡快排放。排放管徑選取應盡可能大，目的是快速排放流動的沖洗水能沖洗掉粘附在閥門、管道、測量桶及儀表上的沉淀物。

3)降低測量桶頂部壓力，加快測量桶內(nèi)樣品漿液氣液分離速度。將脫硫塔漿液測量桶，自動閥管道與吸風機入口管道相連；預灰桶調(diào)和液測量桶，自動閥管道與吸收尾氣凈氨塔入口管道相連；自動閥按控制程序在漿液靜置期間打開，造成測量桶頂部負壓。這樣，漿液中含有的微型氣泡因壓力降低膨脹，浮力增大迅速上升。匯集桶頂?shù)臍怏w，被排放或回收。

4)測量的密度值和pH值，通過DCS組態(tài)形成階段性測量曲線進行儲存和處理，以備查對。預灰桶調(diào)和液的密度值和pH值，是預灰桶調(diào)和液復雜控制系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)，對進入預灰桶的灰乳流量進行修正和控制，優(yōu)化工藝指標。

5)構成整個裝置的接液部分材質(zhì)必須耐漿液或調(diào)和液腐蝕，自動閥選用氣動球閥或蝶閥。為了保證測量精度，儀表變送器量程不宜太小，0～15 kPa較為合適。測量桶高度定為1 500～2 000 mm。測量桶必須垂直安裝，傾斜度不得大于3 mm，保證測量精度。裝置安裝必須牢固，符合安全要求。

5 結 語

全自動周期取樣循環(huán)測量漿液密度、pH值系統(tǒng)裝置有效克服脫硫塔或預灰桶內(nèi)環(huán)境——漿液泡沫、砂液、攪拌器等對測量的影響，滿足靜壓力測量液體密度的理論要求。是一項很好的技術創(chuàng)新嘗試。通過控制系統(tǒng)組態(tài)，使儀表測量、沖洗更為靈活，既可投入自動，按設計的程序?qū)崿F(xiàn)循環(huán)測取密度、pH值，也可根據(jù)實際需要，人為控制測量和沖洗設備。