1 引言

    在現代生產過程中，自動化就是通過過程檢測儀表獲取、轉換、顯示、傳送各類信息（物料的溫度、壓力、流量、組分，靜止設備的物位、界面，轉動設備振動的振幅、速度、加速度、轉速、位移等），再經過程控制系統（DCS、ITCC等）處理后發出指令，控制調節閥等。生產過程自動化的目的就是使工藝參數保持在需要的數值上，設備處于最佳工作狀態。就過程檢測儀表和調節閥而(er)言，它們好比人(ren)的“五官”和“四(si)肢”。如果對控(kong)制(zhi)參數(shu)不能有(you)效準(zhun)確的檢測和調(diao)節，控(kong)制(zhi)就成為(wei)無(wu)源之(zhi)水、無(wu)本之(zhi)木。

    進入21世紀以(yi)(yi)來，以(yi)(yi)雷達(da)液(ye)位計和(he)(he)迷宮閥(fa)為代表(biao)的新型(xing)過程檢(jian)測儀表(biao)和(he)(he)調(diao)節閥(fa)技術發展日趨成熟，應用愈加廣(guang)泛，尤其是在化工裝置上應對和(he)(he)解決各種(zhong)復雜(za)、惡劣、關鍵的工況中(zhong)，取得了顯著的效(xiao)果。

    2 雷達液位計

    2.1 測量原理

    如圖1所(suo)示，以纜式導波雷(lei)達液位計為(wei)例，其(qi)測量原(yuan)理(li)是基于(yu)時間行程，即儀(yi)表測量從參考點（儀(yi)表過程連接(jie)處）到液位表面(mian)(mian)的距離：探頭發出高(gao)頻(pin)(pin)雷(lei)達波并沿纜繩傳播，當雷(lei)達波遇到液位表面(mian)(mian)時反射回(hui)來被儀(yi)表內的接(jie)收器(qi)接(jie)收，由于(yu)信號頻(pin)(pin)率(lv)(lv)在改變，回(hui)波與信號發射瞬間相比，其(qi)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稍有(you)不(bu)同。該頻(pin)(pin)率(lv)(lv)差正比于(yu)至(zhi)液面(mian)(mian)的距離，并且可精確(que)地(di)計算，由此測得液位高(gao)度(du)值。

圖1 雷達液位計測量原(yuan)理(li)示(shi)意圖

    2.2 結構特點

    1）與介質密度、溫度、壓力等因素(su)無關，測量精度高(gao)且應用廣泛(fan)；

    2）無移動部件，可(ke)靠性高且(qie)可(ke)實(shi)現(xian)免維(wei)護；

    3）根據設備要求可以選擇多(duo)種安裝方(fang)式，靈活適(shi)應性強；

   ; 4）可(ke)采用液晶表頭、手(shou)持智能終端、以及電腦軟件等多種方式(shi)進(jin)行參數組態，調試方便；

    5）采用專用軟件可以(yi)完成對儀表的組態(tai)、數據(ju)保(bao)護、信號分析、文件處(chu)理等功能(neng)，分析診(zhen)斷功能(neng)強大(da)；

    6）電子部(bu)件均集(ji)成在顯示表頭，可以在線拆卸、互(hu)換(huan)，維修(xiu)方便。

    2.3 應用案例

    在(zai)化工(gong)生產(chan)裝置中，主要應用(yong)于4種(zhong)典型工(gong)況。

    2.3.1 液氨儲罐

    2.3.1.1 工況概況

    實(shi)際案例為合成氨裝置液氨儲(chu)罐(guan)120-F，高約(yue)23m，內徑約(yue)21m的立式(shi)圓柱儲(chu)罐(guan)，設計(ji)容量為5000m3的液氨，設計(ji)溫度為-33.3℃，設計(ji)表壓(ya)為0.07MPa（氣(qi)相層）。

    該氨罐過去采(cai)(cai)用鋼帶式(shi)液(ye)(ye)位(wei)計進行就地(di)顯(xian)示（后因磨損嚴重、故障頻繁、修復費用高(gao)(gao)，現已停(ting)用），并(bing)采(cai)(cai)用差壓(ya)變(bian)送器和外測式(shi)液(ye)(ye)位(wei)計將液(ye)(ye)位(wei)測量信(xin)(xin)號引(yin)入(ru)(ru)DCS進行顯(xian)示、后增設雷達液(ye)(ye)位(wei)計，其信(xin)(xin)號引(yin)入(ru)(ru)DCS顯(xian)示，同時引(yin)入(ru)(ru)ESD，與差壓(ya)變(bian)送器測量信(xin)(xin)號構成2oo2的邏輯表(biao)決進行液(ye)(ye)位(wei)高(gao)(gao)低聯鎖保護。

    2.3.1.2 選型和安裝

    采用E+H公司(si)的纜(lan)式智能HART導波雷達液位計（FMP40型），過程接(jie)口法蘭為DN40，壓力等級為PN40，材(cai)質為316L，纜(lan)繩長23.5m，直徑6mm，材(cai)質為316，配分離型顯示表（安裝在儲罐地(di)面上，電纜(lan)長約30m），測量范圍為20m。

    該(gai)雷達液位計安裝(zhuang)在(zai)氨罐頂部，纜(lan)繩頂端安裝(zhuang)一DN150×2m的(de)短管，并(bing)用(yong)對中環(huan)進行限位約束，底端探頭(tou)采用(yong)螺栓固定(ding)在(zai)罐體內底部并(bing)接地。

    2.3.1.3 使用效果

    該雷達液位(wei)計(ji)于2006年(nian)3月份系(xi)統大修期間氨(an)罐(guan)清(qing)洗(xi)時(shi)安(an)裝(zhuang)并投用，其測量(liang)信號引入DCS進(jin)行顯示(shi)和報警(jing)，同時(shi)還引入ESD進(jin)行聯鎖(suo)保護，使用至今測量(liang)穩定、正常、可靠(kao)、準確，2011年(nian)顯示(shi)表頭故(gu)障而(er)更換過(guo)，基本屬于免維護狀(zhuang)態。

    2.3.2 鍋爐汽包

    2.3.2.1 工況概況

    實際案例為(wei)快鍋裝置(zhi)鍋爐汽(qi)包，設(she)計溫(wen)度為(wei)370℃，設(she)計表(biao)壓為(wei)3.85MPa（氣相層）。

    該(gai)汽包過(guo)去采(cai)用(yong)電極式(shi)(shi)液(ye)位(wei)開關、浮子開關和(he)差壓變送器進行(xing)測量、報警和(he)聯鎖，后(hou)取消電極式(shi)(shi)液(ye)位(wei)開關，增設桿式(shi)(shi)導波雷(lei)達液(ye)位(wei)計，采(cai)用(yong)2oo3邏輯(ji)表(biao)決方式(shi)(shi)進行(xing)液(ye)位(wei)低低聯鎖保(bao)護。

    2.3.2.2 選型和安裝

    采(cai)用(yong)Rosemount公(gong)司的智能HART桿式導波雷達液位(wei)計（3301HTHP型），過程接口法蘭為(wei)DN50，壓力(li)等級(ji)為(wei)ANSI600#，材質為(wei)316，導波桿長800mm，直徑(jing)6mm，材質316，測量范圍為(wei)500mm。該高(gao)溫高(gao)壓型雷達液位(wei)計的溫度－壓力(li)曲線(xian)關系如圖2所(suo)示。

    該雷達液位計安裝在旁通(tong)測量筒內，在導波桿尾(wei)端用對(dui)中環進行限位約束。

圖2 Rosemount3301系列(lie)HTHP型溫度－壓力曲線圖

    2.3.2.3 使用效果

    該(gai)雷達液位計于2007年(nian)6月份(fen)系統大(da)修期(qi)間安(an)裝并投用，使用至今測(ce)量穩定、正常、可靠、準確(que)，未(wei)曾檢修。

    2.3.3 真空罐體

    2.3.3.1 工況概況

    實際案例為尿素裝置CO₂壓縮機表(biao)面冷凝器905-C，設計溫度(du)為48℃，設計表(biao)壓為-85kPa（氣相層）。

    該氨(an)罐過去采用氣(qi)動(dong)浮筒式液(ye)位計進行(xing)測(ce)量，由于(yu)不(bu)能在高真空(kong)工況下正(zheng)常使用，后將其(qi)改為雷達液(ye)位計，測(ce)量信號引入DCS進行(xing)顯示、報警和聯(lian)鎖。

    2.3.3.2 選型和安裝

    采用E+H公司的智能HART纜式(shi)導波(bo)雷達液位計（FMP40型），過程法蘭接(jie)口為(wei)(wei)DN50，壓力等級為(wei)(wei)ANSI150#，材質為(wei)(wei)316，導波(bo)桿(gan)長560mm，直徑6mm，材質316，測(ce)量范圍為(wei)(wei)550mm。

    該(gai)雷(lei)達液位(wei)計安(an)裝(zhuang)在直徑為(wei)2″的旁通測(ce)量筒內，過程(cheng)接口為(wei)1－1/2″，在導波桿尾端用對中環(huan)進行限位(wei)約(yue)束。

    2.3.3.3 使用效果

    該雷達液位(wei)計于2008年8月份系(xi)統大(da)修(xiu)期間安裝并投用(yong)，使用(yong)至今測量穩定、正常、可靠、準確，未曾檢修(xiu)。

    2.3.4 結晶介質

    2.3.4.1 工況概況

    實(shi)際案例(li)為尿(niao)素(su)裝置S403/404液位測(ce)量，介質為尿(niao)液，設計(ji)溫(wen)度為168℃，設計(ji)表壓為1.85MPa（氣(qi)相(xiang)層）。

    該氨罐過去采用雙(shuang)法(fa)蘭(lan)液位變送(song)器進行(xing)測量，由(you)于(yu)結(jie)晶(jing)嚴(yan)重、測量不準，后改(gai)為(wei)桿(gan)式導波雷(lei)達液位計。

    2.3.4.2 選型和安裝

    采用E+H公司的智能HART桿式導(dao)(dao)波雷達(da)液位計（FMP41C型），過程法蘭接口為DN50，壓力(li)等級為ANSI300#，材質(zhi)為316L，導(dao)(dao)波桿長1550mm，直(zhi)徑6mm，材質(zhi)316L，測量范圍為1300mm。

    該雷達液位計安(an)裝直徑為3″的旁(pang)通測(ce)量筒內（夾(jia)套式(shi)蒸汽(qi)伴熱(re)保溫），過程接口為1－1/2″，在導波(bo)桿(gan)尾端用(yong)對中(zhong)環進行限位約束。

    2.3.4.3 使用效果

    該雷達液位計于(yu)2009年5月份系統大(da)修期間安裝并(bing)投用，2011年因導波桿與顯示表頭密封問題，出現介質滲(shen)漏，導致同軸接頭絕緣下降(jiang)和電(dian)子部件腐(fu)蝕(shi)，后對密封整改后運行正(zheng)常，使用至今測(ce)量穩定、正(zheng)常、可靠、準確，基(ji)本屬于(yu)免維護狀態。

    3 迷宮閥

    在化工裝(zhuang)置中，具有很多高(gao)壓差、高(gao)流速(su)等嚴峻工況，存(cun)在氣蝕、閃蒸等因素對調節閥(fa)產生巨大破壞，采用如迷宮閥(fa)這類(lei)的多級降(jiang)壓閥(fa)內件結構調節閥(fa)，可(ke)以有效地解決(jue)此(ci)類(lei)問題，并可(ke)獲得較大經濟(ji)效益。

    3.1 結構特點

    針對降低壓差和流速兩大關鍵因(yin)素，迷(mi)宮閥的盤片內件結構原理如(ru)圖3所示。其特點有：

    1）采用若干片具有迷宮流道的碟片堆疊而成，每塊碟片上的迷宮流道加工成多級直角彎，逐級分解高壓差，無論閥門開度多少，都能使流(liu)體(ti)通(tong)過每個通(tong)道的流(liu)速均限制在30m/s以下；

    2）其入口到出(chu)口呈由小變(bian)大(da)設(she)計，有效避免介質顆粒雜質進入流道而發(fa)生(sheng)堵塞(sai)；    

    3）迷宮盤片(pian)一(yi)交(jiao)替(ti)式層(ceng)疊(die)，下(xia)層(ceng)盤片(pian)出口流(liu)體把上層(ceng)向下(xia)流(liu)動(dong)介質速度(du)相(xiang)互降低；

    4）每一盤片內圓周出口處都有堰，使四周壓力(li)平均，下層盤片出口流體不會直接(jie)沖擊在閥座上。

a）疊層迷宮盤片

b）迷宮流道

圖3 迷宮盤片結構

    3.2 應用案例    

    自2002年以來，公(gong)司(si)陸續使用了大批迷宮閥(fa)應用于(yu)各(ge)種(zhong)惡劣工況(kuang)(kuang)，取(qu)得了良好的效果和經濟(ji)效益，下面例舉放(fang)空(kong)工況(kuang)(kuang)和氣蝕工況(kuang)(kuang)典型案例進(jin)行闡述。

    3.2.1 放空工況

    3.2.1.1 工況概況

    實際案例為(wei)合成裝置(zhi)106-D入口工藝氣放空(kong)閥PICV－5，管道尺(chi)寸為(wei)12″，介質為(wei)工藝氣，設計溫度為(wei)318℃，閥前設計表壓為(wei)2.5MPa，閥后(hou)表壓為(wei)0.2MPa，最大流量為(wei)120t/h。

    該放空閥(fa)過去采用(yong)氣動薄(bo)膜直通單座閥(fa)，由于泄(xie)漏量(liang)大、閥(fa)內(nei)件磨損嚴(yan)重，后改為迷宮閥(fa)。

    3.2.1.2 選型

    采用(yong)CCI公司的(de)雙作用(yong)氣缸直通(tong)單座迷(mi)宮閥（100D型），公稱通(tong)徑為(wei)10″，壓力等級為(wei)ANSI300#，迷(mi)宮碟片(pian)采用(yong)410SS材質，泄(xie)漏等級為(wei)MSS－SP－61（零(ling)泄(xie)漏）。

    3.2.1.3 使用效果

    該迷宮閥(fa)于2002年12月份系(xi)統大修(xiu)期間(jian)調試(shi)后(hou)(hou)，進行了泄漏試(shi)驗，達到(dao)零(ling)泄漏標(biao)準，安裝投用(yong)后(hou)(hou)，又進行了現場(chang)閥(fa)前后(hou)(hou)溫度差的(de)(de)測量，完全滿(man)足要求。在以后(hou)(hou)的(de)(de)每次大修(xiu)期間(jian)，均進行了泄漏試(shi)驗，都達到(dao)零(ling)泄漏標(biao)準，使用(yong)至今未進行過閥(fa)內件(jian)的(de)(de)檢(jian)修(xiu)。

    該迷宮閥調節精度(du)高、動作(zuo)靈敏、泄漏量極(ji)低。據考核(he)統計，該閥較(jiao)以前節省的合(he)成氣損(sun)失每年(nian)約430萬方，增(zeng)加經(jing)濟(ji)效益約250萬元，不(bu)到一年(nian)就可收回采購成本(ben)。

    3.2.2 氣蝕工況

    3.2.2.1 工況概況

    實際案(an)例為(wei)(wei)合(he)成氨裝(zhuang)置1101－E液(ye)位(wei)調節閥(fa)LV－91C，管道尺寸為(wei)(wei)18″，介(jie)質為(wei)(wei)AMDEA溶液(ye)，設計溫度為(wei)(wei)85.4℃，閥(fa)前設計表壓為(wei)(wei)2.75MPa，閥(fa)后表壓為(wei)(wei)0.97MPa，最大流(liu)量為(wei)(wei)976t/h。

 ;   該放空閥過去采(cai)用氣動(dong)薄膜(mo)直通雙座閥，由(you)于該工(gong)況存在典型的氣蝕破(po)壞，閥內件沖刷嚴(yan)重，泄漏量大、故障(zhang)率高，無法滿足工(gong)藝要求，后改為迷(mi)宮閥。

    3.2.2.2 選型

    采(cai)用CCI公(gong)司(si)的雙作(zuo)用氣(qi)缸(gang)直通(tong)單(dan)座迷宮閥（100D型），公(gong)稱通(tong)徑為(wei)(wei)8″，壓力等級為(wei)(wei)ANSI300#，迷宮碟(die)片采(cai)用316SS表面硬化處理(li)材質，泄(xie)漏等級為(wei)(wei)CLASSIV。

    3.2.2.3 使用效果

    該迷宮閥于2006年3月份系統(tong)大(da)修期間調試安裝投用，在以后的每次大(da)修期均進(jin)行了(le)檢查，都達到IV級泄漏標準，使用至今閥內件完好，未(wei)進(jin)行過檢修。

    4 結束語

    有了雷達液位計和迷宮閥這類新(xin)型現(xian)場儀表，還(huan)須在選型、安裝、調試(shi)等(deng)諸多(duo)方面入手(shou)，才能使其充分(fen)發揮作(zuo)用(yong)，最終達到滿意的效果(guo)。下(xia)面就(jiu)這兩類新(xin)型現(xian)場儀表在實際應用(yong)中的注意事項分(fen)別作(zuo)一總結(jie)。

    4.1 雷達液位計

    4.1.1 選型

    根據介質理化特點選擇不同類型的(de)天線(xian)型式(shi)(shi)，如(ru)接(jie)觸(chu)式(shi)(shi)還(huan)是非接(jie)觸(chu)式(shi)(shi)，是否采用高溫高壓式(shi)(shi)，導波傳輸采用纜(lan)式(shi)(shi)、單桿式(shi)(shi)、雙桿式(shi)(shi)，還(huan)是同軸式(shi)(shi)。例(li)如(ru)：對(dui)于汽(qi)包鍋爐液位測量(liang)(liang)，推(tui)薦選擇同軸式(shi)(shi)，以(yi)克服(fu)汽(qi)包氣相層(ceng)的(de)飽和(he)蒸(zheng)汽(qi)對(dui)測量(liang)(liang)的(de)影響。

    4.1.2 安裝

    根據設備(bei)的(de)特點采(cai)取不同(tong)的(de)安(an)裝(zhuang)(zhuang)方式，如直(zhi)接在(zai)設備(bei)上開孔安(an)裝(zhuang)(zhuang)，還是(shi)采(cai)用旁通測量筒安(an)裝(zhuang)(zhuang)，對(dui)于(yu)直(zhi)接安(an)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)設備(bei)內，要注意避開影響雷達波反射傳(chuan)輸的(de)攪拌器、容器壁等；對(dui)于(yu)旁通測量筒安(an)裝(zhuang)(zhuang)，要考慮是(shi)否伴熱，以及加裝(zhuang)(zhuang)對(dui)中環等措施。

    4.1.3 調試

    調試(shi)過程中要注意(yi)上下盲區的(de)設置、容器形狀的(de)選(xuan)擇(ze)，是否接地，以(yi)及空(kong)罐時的(de)響應曲線的(de)匹配操作，推薦在筆記本電腦上采用專(zhuan)用軟件進行調試(shi)，直觀明了且能獲(huo)取信號波形圖。

    4.1.4 故障處理

    由(you)于雷達液(ye)位計只有表頭(tou)(tou)是電(dian)子部(bu)件(jian)，因此一般故(gu)障都出在此處，確診其故(gu)障后，用(yong)同型(xing)號的表頭(tou)(tou)直接在線更換即可。此外，還應(ying)注意(yi)連接導波桿的同軸接口，其絕緣(yuan)一定要合(he)格。

    4.2 迷宮閥

    4.2.1 選型

    提供(gong)給制造商進行計算選(xuan)型前，一定要確(que)保(bao)工藝條件和參數的完(wan)整性和正確(que)性，因(yin)為(wei)選(xuan)擇(ze)迷(mi)宮閥都(dou)是具有高(gao)壓差、高(gao)流(liu)速、密封等級高(gao)等惡劣而苛刻(ke)的工況場(chang)合，伴隨(sui)而來(lai)的一般都(dou)有阻塞流(liu)現(xian)象(xiang)。

    4.2.2 調試

    在安裝(zhuang)前一定要(yao)進(jin)行泄漏(lou)試驗，合(he)格后(hou)(hou)方能進(jin)行管(guan)道安裝(zhuang)，若泄漏(lou)試驗不合(he)格，除了重新(xin)調校外，還要(yao)注(zhu)意檢查閥桿(gan)閥芯是否偏心，比如PIC－5就是因為運輸過程中發(fa)生了偏心，松動上(shang)閥蓋后(hou)(hou)重新(xin)自然對中安裝(zhuang)，泄漏(lou)試驗便合(he)格。

    4.2.3 安裝

    雖然迷宮閥(fa)碟(die)片(pian)的(de)(de)迷宮流道(dao)在設計時考慮了(le)防(fang)堵問題，但是在實際應(ying)(ying)用中仍(reng)要做好防(fang)范(fan)措施(shi)，首先是盡可能(neng)在上游管道(dao)加裝(zhuang)(zhuang)機(ji)械過濾器，其(qi)次(ci)若有旁(pang)路閥(fa)的(de)(de)情況下(xia)應(ying)(ying)使迷宮閥(fa)安(an)裝(zhuang)(zhuang)在旁(pang)路閥(fa)的(de)(de)上方，最后在安(an)裝(zhuang)(zhuang)上管道(dao)之前應(ying)(ying)對管道(dao)進行吹掃合格。

    4.2.4 故障處理

    一(yi)般來說，迷宮碟片不容(rong)易損壞，出(chu)故障一(yi)般都是有顆粒(li)雜物堵塞流道(dao)，清(qing)除時要注(zhu)意采取反(fan)向吹(chui)除；此外，若工藝(yi)未反(fan)映有問題(ti)，盡量不要打(da)(da)開閥內(nei)件檢查，僅作整(zheng)閥泄漏(lou)試驗即可(ke)，否(fou)則打(da)(da)開閥內(nei)件再(zai)重(zhong)新(xin)裝配后，會(hui)增(zeng)加新(xin)故障機(ji)率(lv)。