翟宏偉，劉 利，狄建杰，郭 宇

（中煤鄂爾多斯能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017317）

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展下，采用反吹風(fēng)儀表測量是煤氣化自動控制中儀表選型和應(yīng)用的一大突破。結(jié)合當(dāng)代儀表的飛速發(fā)展，通過儀表的融合應(yīng)用，除了能夠使儀表準確測量，還可以降低儀表的維護工作量，改善產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，在環(huán)境保護方面也有極大的益處。中煤鄂爾多斯能源化工有限公司反吹風(fēng)儀表在煤氣化變換裝置壓力監(jiān)測點和煤氣水裝置儲罐液位的應(yīng)用方面取得了一大突破，成功解決了常年困惑儀表的一大瓶頸，為其同行提供一些參考。

1 煤化工特殊工況儀表運行存在的問題與改造方式

1.1 煤化工變換裝置壓力測點改造與應(yīng)用

針對煤化工變換及冷卻裝置，變換爐、氣氣換熱器、煤氣過濾器出入口壓力監(jiān)測點頻繁出現(xiàn)指示不正?，F(xiàn)象進行優(yōu)化改造。變換爐、氣氣換熱器、煤氣過濾器出入口壓力指示異常，壓力監(jiān)測點指示偏小或壓力顯示零，會影響工藝人員的操作和監(jiān)盤。壓力指示不正常的原因為工藝根部閥及導(dǎo)壓管內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，這導(dǎo)致導(dǎo)壓管及根部閥堵塞，影響壓力檢測。并且維護工作量非常大，出現(xiàn)過導(dǎo)壓管疏通后，工藝根部閥內(nèi)結(jié)晶堵塞，無法將根部閥疏通，無法隔離在線處理，導(dǎo)致壓力監(jiān)測點一直無法監(jiān)測。糾其上述原因，儀表專業(yè)也采取了相應(yīng)的措施。措施一，原壓力監(jiān)測點的導(dǎo)壓管過長，導(dǎo)致導(dǎo)壓管頻繁的堵塞，后將導(dǎo)壓管的長度縮短至200~300 mm，還是無法杜絕導(dǎo)壓管及根部閥結(jié)晶現(xiàn)象；措施二，對導(dǎo)壓管增加蒸汽伴熱，依然存在導(dǎo)壓管及根部閥結(jié)晶現(xiàn)象；措施三，既然導(dǎo)壓管經(jīng)常結(jié)晶，就將其壓力監(jiān)測點改為單法蘭毛細管式，直徑50 mm，原導(dǎo)壓管直徑為Φ18 mm，增加了取樣點的孔徑，防止結(jié)晶導(dǎo)致堵塞，能夠連續(xù)運行1 周，仍無法杜絕膜盒結(jié)晶的現(xiàn)象。

為了杜絕變換爐、氣氣換熱器、煤氣過濾器出入口壓力出現(xiàn)不正常指示現(xiàn)象。經(jīng)討論得出整改結(jié)論：在取壓管線根部增加微正壓氮氣吹掃，微正壓氮氣吹掃對變換爐的觸煤無影響。吹掃裝置帶有就地指示壓力小表、過濾器、止回閥、進出口截止閥、恒流閥和針型閥等。在壓力表取壓接口與變換爐根部閥之間增加微正壓氮氣吹掃，做到隔絕工藝介質(zhì)（粗煤氣）的目的，防止粗煤氣與取壓口接觸導(dǎo)致根部閥及導(dǎo)壓管結(jié)晶現(xiàn)象，保證壓力表監(jiān)測點長周期穩(wěn)定監(jiān)測。

現(xiàn)采取以下措施，在壓力表取壓接口與變換爐根部閥之間增加微正壓氮氣反吹（圖1），增加的微正壓氮氣吹掃不影響壓力表的顯示，現(xiàn)場根據(jù)壓力變送器的指示，調(diào)整流量的大小，將壓力的指示偏差控制在最小的范圍內(nèi)，增加氮氣吹掃做到隔絕工藝介質(zhì)（粗煤氣）的目的，防止粗煤氣與取壓口接觸導(dǎo)致根部閥及導(dǎo)壓管結(jié)晶現(xiàn)象，保證壓力表監(jiān)測點長周期穩(wěn)定監(jiān)測?，F(xiàn)需要增加微正壓氮氣反吹。每個壓力點對應(yīng)一路氮氣吹掃。

圖1 壓力反吹風(fēng)儀表示意圖

1.2 煤化工煤氣水裝置儲罐液位測量方式改造與應(yīng)用

針對氣化界區(qū)煤氣水裝置：煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲罐液位監(jiān)測點冬季頻繁出現(xiàn)指示不正?，F(xiàn)象進行優(yōu)化改造。

煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲罐液位指示異常，液位計指示偏小或液位計指示跳變，影響工藝人員的操作和監(jiān)盤。

鑒于煤氣水裝置工藝特點：其工藝介質(zhì)成分較為復(fù)雜，含有焦油、粗煤氣、水蒸氣、粉塵和固體顆粒等成分。在裝置的運行過程中，煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲罐原采用的雷達液位計檢測器部位會產(chǎn)生冷凝液，冷凝液內(nèi)又含有少量焦油成分，會在雷達液位計的檢測器部位凝結(jié)，從而影響液位計的真實測量值。并且維護工作量非常大，結(jié)晶導(dǎo)致儀表測量不準確，需儀表人員不定期地對液位計進行離線，清除液位計表面的結(jié)晶物。處理過程中會導(dǎo)致氣體泄漏，存在人員中毒風(fēng)險。

針對上述原因，儀表專業(yè)采取了相應(yīng)的措施。將原雷達液位計更換為吹掃型雷達液位計，結(jié)合吹掃裝置用恒壓恒流氮氣吹掃讓罐內(nèi)介質(zhì)與雷達液位計探測器表面隔離，避免雷達液位計探測器結(jié)晶，根據(jù)實際運行觀察，改造后液位計能夠連續(xù)穩(wěn)定且真實監(jiān)測工藝參數(shù)。維護量大幅降低。

為了杜絕氣化界區(qū)煤氣水裝置：煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲罐液位出現(xiàn)不正常指示現(xiàn)象。經(jīng)討論，結(jié)合雷達液位計測量原理（發(fā)射-反射-接收）得出整改結(jié)論，將普通雷達液位計改為吹氣式雷達液位計，在雷達液位計上增加微正壓氮氣吹掃（工藝儲罐氮封流量10~30 Nm3/h，氮封氣是通過儲罐頂部進入，罐內(nèi)壓力是通過氮氣進口流量和罐頂壓力串級控制來平衡儲罐氮封壓力；罐頂雷達液位計增加氮氣吹掃流量2~6.4 Nm3/h，在罐內(nèi)壓力設(shè)定值不變的情況下，可通過氮封串級調(diào)節(jié)控制穩(wěn)定），從而保證正壓氮氣吹掃對儲罐無影響（圖2）。

圖2 儲罐液位控制PID 圖

吹掃裝置帶有就地指示壓力小表、過濾器、止回閥、進出口截止閥、恒流閥和流量計等。在雷達液位計探測器增加微正壓氮氣吹掃，做到隔絕工藝介質(zhì)（焦油、粗煤氣、水蒸氣和粉塵）的目的，本項目徹底解決了工藝介質(zhì)與液位計探測器接觸導(dǎo)致探測器表面結(jié)晶、液位計失真現(xiàn)象。優(yōu)化了工藝介質(zhì)與液位計探測器接觸導(dǎo)致探測器表面結(jié)晶現(xiàn)象，保證儲罐液位計長周期穩(wěn)定監(jiān)測，基本做到儀表免維護。

采取以下措施，吹掃裝置每個回路帶壓力指示小表，單套總管裝有過濾器、減壓閥，帶有止回閥。每個吹掃回路帶有進出口截止閥，回路裝有恒流閥、流量計，增加的微正壓氮氣吹掃不影響液位計的顯示，每個液位計對應(yīng)一路氮氣吹掃（圖3）。

圖3 液位反吹風(fēng)儀表示意圖

1.3 煤化工硫回收液硫池液位測量方式

硫回收液硫池液位計，測量介質(zhì)為硫磺溶液，溶液溫度160 ℃左右，被測介質(zhì)密度大、黏度高、有腐蝕性，冷卻后極易在導(dǎo)壓管內(nèi)結(jié)晶，測量管路很快就會堵塞，測量方式采用吹氣式，根據(jù)工藝要求采用氮氣進行吹掃，將導(dǎo)壓管插入被測液體底部，通過調(diào)整轉(zhuǎn)子流量計流量，使得導(dǎo)壓管末端有微量氣泡溢出，起到氣體墊的作用，他將容器內(nèi)液體靜壓傳給變送器，為了保證氣體墊不被破壞，要保證進入導(dǎo)壓管的氮氣藥流恒流恒壓；液位的高度與產(chǎn)生的靜壓成正比關(guān)系，即壓力變送器所受壓力的變化可反應(yīng)出液硫池液位。

2 目前吹掃裝置及吹掃型雷達物位計的工作原理及技術(shù)優(yōu)勢

2.1 工作原理

吹掃裝置是利用流體力學(xué)的動壓補償方式，真實地反映測點的壓力值，吹掃的壓力大于被測的壓力，徹底解決了多粉塵和高溫狀態(tài)下壓力測量管路的堵塞問題。采用金屬轉(zhuǎn)子流量計與恒流閥配合，構(gòu)成流量吹掃，實現(xiàn)并保持長時間流量的穩(wěn)定恒定輸出；由于轉(zhuǎn)子流量計秉承了安全可靠、測量精準穩(wěn)定的特點，因此，吹掃裝置流量計對于入口壓力或出口壓力變化時，能夠保證流量恒流輸出，可以廣泛地應(yīng)用于石油化工、煤化工、鋼鐵等行業(yè)變送器的吹掃、液位測量等過控制中。

調(diào)頻連續(xù)波雷達物位計采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)。發(fā)射信號頻率與接收信號頻率的頻率差與被測距離成正比，采集到的頻率差信號，經(jīng)快速傅里葉變換得到反射回波的頻譜，并以此計算得出待測目標的距離。

具有太赫茲波段的電磁特性，這使得其有其他測量雷達產(chǎn)品所不具有的特性，比如其具有對非極性物質(zhì)的穿透能力（象射線性質(zhì)），在強黏著強粉塵的工業(yè)環(huán)境下，其有著很理想的測量穩(wěn)定性和環(huán)境抗干撓能力。本產(chǎn)品還由于其具備極小的天線波束角和很強的自適應(yīng)自動增益功能，在決大多數(shù)情況下也不需要使用瞄準器配置。

2.2 工作特點

吹掃裝置配備方面，雷達天線經(jīng)過特殊工藝加工，傳感器外部預(yù)留了壓縮空氣或氮氣的接口，經(jīng)傳感器進入后氣體從天線密封面周圍均勻分布的吹掃孔吹出，天線吹掃孔采用φ2 孔數(shù)8 個均勻分布。采用法蘭360°環(huán)形吹掃，吹掃孔采用1/4NPT（F），吹掃裝置進氣成套帶1/2"快速接口，吹掃裝置與雷達物位計之間采用管卡套連接，一體化安裝方便。從而避免物料或粉塵附著雷達天線表面。

調(diào)頻吹掃雷達更可靠耐用：由于現(xiàn)場工藝介質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、惡劣，隨著在線運行時間推移，雷達液位計天線會堆積污物、冷凝氣等，采用氮氣吹掃有著防冷凝氣、防結(jié)晶、防附著物的效果，做到了最佳的測量效果。

目前采用的調(diào)頻吹掃雷達發(fā)射頻率為78~81 GHz；脈沖雷達為26 GHz；調(diào)頻吹掃雷達波束角為3°，聚焦穿透性能好，能夠應(yīng)對粉塵、水汽、酸霧等諸多干擾因素，而脈沖雷達一般Φ96 的喇叭天線的波束角為8°；相較于脈沖雷達，調(diào)頻吹掃雷達采用一體式透鏡天線、不易受物料附著影響，可適用于各種惡劣復(fù)雜的工況，天線尺寸小，安裝要求低，且維護方便；吹掃功能頻率更集中，由于兩者波長不同，脈沖雷達波長11 mm，調(diào)頻雷達波長3 mm 左右，雷達測量散裝料位時，雷達波反射主要來自料面的漫反射[1]，漫反射的強度與物料大小成正比，與波長成反比[2]。

調(diào)頻吹掃雷達方向性更好：在一些小罐測量中，脈沖雷達天線較長，無形中增大了盲區(qū)（大約600 mm），且雷達方向性差（開角大），在罐中會產(chǎn)生多徑反射[3]，調(diào)頻雷達天線比脈沖雷達更短，波束角最小可以做到3°，適用于大部分工況。

3 煤化工反吹風(fēng)儀表改造創(chuàng)新點及應(yīng)用效果

3.1 創(chuàng)新點

在壓力表取壓接口與變換爐根部閥之間增加微正壓氮氣吹掃，氮氣能夠有效隔絕工藝介質(zhì)（粗煤氣），從而有效避免儀表根部閥及導(dǎo)壓管結(jié)晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，使得壓力監(jiān)測點能夠長周期穩(wěn)定運行。

為保證生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運行，在雷達液位計探測器表面增加微正壓氮氣吹掃，氮氣能夠有效隔絕工藝介質(zhì)（焦油、粗煤氣、水蒸氣和粉塵），從而有效避免液位計探測器接觸導(dǎo)致探測器表面結(jié)晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，使得儲罐液位計能夠長周期穩(wěn)定運行。

吹掃裝置帶有過濾器、止回閥、恒流閥和針型閥，一是能夠避免氮氣壓力低時粗煤氣串入氮氣管線污染氮氣管網(wǎng)；二是能夠保證進入變送器的氮氣為恒壓恒流，避免變送器實測值波動。

在煤氣水儲罐液位測量方式上兩者結(jié)合使用，使得其以最佳狀態(tài)適應(yīng)整個生產(chǎn)系統(tǒng)，滿足長周期高負荷安全生產(chǎn)需要。

3.2 應(yīng)用效果

氣化變換爐、氣氣換熱器、煤氣過濾器出入口壓力變送器導(dǎo)壓管及工藝根部閥不出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，壓力監(jiān)測點長周期穩(wěn)定監(jiān)測，完全做到儀表免維護。

煤氣水裝置：煤氣水大罐、泥漿液槽、焦油污水槽、沖洗水槽、緩沖罐和粗焦油分離器儲罐液位不出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，液位計監(jiān)測點長周期穩(wěn)定監(jiān)測且真實反映工藝參數(shù)，基本做到儀表免維護。

從以上改造結(jié)果推斷，當(dāng)前反吹風(fēng)儀表的應(yīng)用，相對較為樂觀，安全穩(wěn)定可靠。不僅可以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)使用要求，且穩(wěn)定、節(jié)能，廣泛受到石油及化工行業(yè)的認可。

吹掃技術(shù)實施后，取得了很好的效果，使得儀表在黏度大、易凝、易結(jié)晶和易腐蝕的環(huán)境下能實現(xiàn)最佳測量狀態(tài)，系統(tǒng)實現(xiàn)了長周期滿負荷穩(wěn)定運行。

4 結(jié)束語

應(yīng)用特殊反吹風(fēng)測量方式不僅可以進行壓力、差壓測量，也可以進行流量和液位的測量，得到了成功的應(yīng)用和實踐[4]，這里僅介紹了用氣體反吹測量壓力和液位。

通過在氣化煤氣水裝置的儲罐液位測量的改造中，成功將吹掃型雷達與吹掃裝置相結(jié)合應(yīng)用，完全克服了煤氣水儲罐液位測量元件黏附物對液位的準確測量。而反吹式儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、安裝方便等特點，為此，在煤化工及石油煉化的化工裝置上[5]，對于黏度大、易凝、易結(jié)晶和易腐蝕的液位測量，反吹風(fēng)儀表也是一種可以選擇的液位測量儀表。

為了加強企業(yè)裝置長周期穩(wěn)定運行，就必須保證裝置儀表的可靠穩(wěn)定，儀表自動化的創(chuàng)新工作是長期工作，也是一項艱巨工作，反映了煤化工領(lǐng)先的自動化水平。因此，儀表專業(yè)技術(shù)人員還需要掌握各種儀表的原理和特性，通過合理的儀表選型和優(yōu)質(zhì)的安裝調(diào)試，才能進一步將儀表融合應(yīng)用，將其使用的價值充分發(fā)揮出來，以此促進我國煤化工企業(yè)持續(xù)、健康、快速、穩(wěn)定發(fā)展[6]。