引言

目前大多數(shù)煙氣脫硫系統(tǒng)采用的是石灰石—石膏濕法脫硫技術(shù)，其中吸收塔是進(jìn)行煙氣脫硫的主要設(shè)備，吸收塔液位對脫硫系統(tǒng)的安全可靠運行有著極其重要的作用，但由于吸收塔本體結(jié)構(gòu)的特殊性，無法使用當(dāng)前主流的液位計進(jìn)行直接測量。本文介紹目前采用的幾種測量吸收塔液位的方法，并分析各種測量方法的優(yōu)缺點。

 

石灰石—石膏法脫硫系統(tǒng)的主要設(shè)備是吸收塔，如圖 1 所示，吸收塔主要由漿液氧化區(qū)、吸收區(qū)、噴淋層、除霧層、入口煙道及出口煙道組成。常規(guī)容器的液位測量可采用在容器頂部安裝超聲波液位計、雷達(dá)液位計或浮子液位計，或在側(cè)壁安裝磁翻板液位計加以測量。對于密度受溫度影響不大的液體，若是敞口容器，可在容器底部安裝壓力變送器，經(jīng)公式 H=（P/ρg）+h 計算后得出；若是密閉容器，則需安裝差壓變送器，經(jīng)公式 H=（ΔP/ρg）+h 計算后得出，式中，H 為液位高度，P 為壓力，ΔP 為差壓，ρ為液體密度，h 為壓力變送器或差壓變送器的安裝高度。

1 問題產(chǎn)生

脫硫吸收塔內(nèi)介質(zhì)比較復(fù)雜，在漿液氧化區(qū)內(nèi)主要是硫酸鈣漿液、亞硫酸鈣漿液和氧化空氣，吸收區(qū)內(nèi)是帶正壓的煙氣和漿液的混合物。由于吸收塔漿池上方是大量的噴淋漿液和煙氣混合物，因此無法在頂部安裝超聲波液位計或雷達(dá)液位計進(jìn)行測量。石灰石—石膏漿液主要有 3 點特殊性。

 

（1）為保證脫硫效率，漿液含固量高達(dá) 20%，即使在攪拌器的作用下讓漿液不停的流動，漿池上、下層密度也不均勻。

（2）漿液中的亞硫酸鈣具有很強(qiáng)的黏性，若將儀表探頭伸入其中，亞硫酸鈣慢慢附著在探頭表面，從而影響儀表的正常工作，使測量數(shù)據(jù)失真。

（3）漿液中含有大量的氧化空氣，氧化空氣管網(wǎng)一般安裝在距塔底約 3 m 高的位置，氣泡上升過程中隨著漿液壓強(qiáng)的減小而逐步膨脹，進(jìn)一步導(dǎo)致吸收塔內(nèi)漿液上、下層密度的差距。由于漿液的以上特性，若僅在吸收塔側(cè)壁上安裝壓力變送器，是無法測量比較準(zhǔn)確的液位數(shù)據(jù)的。此外，浮子液位計和磁翻板液位計更無法適應(yīng)如此惡劣工況。

 

2 解決方案

為了比較準(zhǔn)確測量吸收塔液位，目前國內(nèi)的脫硫系統(tǒng)普遍采用壓力變送器測量吸收塔底部的壓力，并安裝漿液密度測量裝置，將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至 DCS（Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）或 PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)，然后根據(jù)公式 H=（P/ρg）+h 計算吸收塔的液位。由于密度測量方法多種多樣，但各有特點，且差異較大，直接影響了工程的造價、測量裝置的穩(wěn)定運行程度以及系統(tǒng)運行期間的的維護(hù)工作量大小。由于吸收塔液位在脫硫系統(tǒng)中是非常重要的參數(shù)，儀表數(shù)量按工藝要求均為冗余配置，以下各種測量方法中不再贅述。

（1）裝置一———質(zhì)量流量計+壓力變送器測量回路。此方法先利用質(zhì)量流量計實時測量漿液的密度，然后通過壓力變送器測出的壓力值計算吸收塔液位。密度測量回路主要由石膏漿液抽取泵（一用一備）、閥門（抽取泵入口閥、出口閥、沖洗閥、排放閥）、質(zhì)量流量計、壓力表及管件組成，壓力測量回路主要由壓力變送器、閥門、沖洗管路組成（圖 2）。啟動密度測量回路時，需先關(guān)閉沖洗閥、排放閥、出口閥，然后打開入口閥，待抽取泵充滿漿液后啟泵，啟泵成功后再打開出口閥，并根據(jù)泵出口壓力表的指示調(diào)節(jié)出口閥門至合適的壓力，以保證測量管內(nèi)流速滿足測量的需要，又不至于流速過高，導(dǎo)致質(zhì)量流量計磨損嚴(yán)重，縮短儀表的使用壽命。當(dāng)脫硫系統(tǒng)停運或質(zhì)量流量計需要維護(hù)檢修時，應(yīng)先停止?jié){液抽取泵，然后關(guān)閉入口閥，打開排放閥，至測量管路內(nèi)的漿液排盡后，打開沖洗閥，用工藝水將管路沖洗干凈后即可關(guān)閉沖洗閥、排放閥和出口閥。

壓力測量儀表采用一體化隔膜式壓力變送器，一次檢修閥應(yīng)盡量靠近吸收塔側(cè)壁，采樣管應(yīng)與側(cè)壁保持約 60°夾角，可減少漿液在測量管路中沉積，以防采樣管堵塞。此外，還應(yīng)在靠近壓力變送器隔膜處安裝沖洗管路，定時沖洗壓力變送器的膜片、采樣管及檢修閥門，以確保測量管路的暢通。

 

本方法測量的吸收塔液位應(yīng)由公式 H=（P/ρg）+h 計算后得出。式中，H 為液位計算值，P 為壓力，ρ 為質(zhì)量流量計測出的漿液密度，g 為重力加速度，h 為壓力變送器的安裝高度。本法中的質(zhì)量流量計準(zhǔn)確度高，精度可達(dá) 0.2%，完全滿足脫硫系統(tǒng)的運行要求；無直管段要求，安裝較為方便；可靠性高，維修率低。利用漿液抽取泵不斷抽取吸收塔中的漿液進(jìn)行測量，保證了測量數(shù)據(jù)的實時性。

 

（2）裝置二———音叉密度計+壓力變送器測量回路。本方法在吸收塔底部側(cè)壁上分別安裝音叉密度計和壓力變送器，其中音叉密度計用以測量漿液密度，壓力變送器用以測量漿池底部壓力，如圖 3 所示。為了保證儀表測量的可靠性及穩(wěn)定性，安裝時應(yīng)將儀表與吸收塔側(cè)壁保持大約 60°夾角，同時應(yīng)安裝沖洗管路，定時沖洗采樣管及音叉密度計的傳感器。液位由公式 H=（P/ρg）+h 計算后得出。式中，H 為液位計算值，P 為壓力，ρ 為漿液密度，g 為重力加速度，h 為壓力變送器的安裝高度。

采用本方法測量時，結(jié)構(gòu)簡單，減少了設(shè)備故障率，相應(yīng)也減小了維護(hù)工作量，但由于音叉密度計的探頭是插入到吸收塔內(nèi)的，無法安裝檢修閥門。若出現(xiàn)音叉密度計需要維護(hù)檢修時，必須等脫硫系統(tǒng)停運并將吸收塔漿液排空后，才能將其拆卸送檢。因此建議將音叉密度計冗余配置，以增加本套裝置的可靠度。也可定制在線可插拔球閥組件，從而徹底杜絕檢修儀表時影響工藝系統(tǒng)運行的情況。

（3）裝置三———差壓變送器+壓力變送器測量回路。本套裝置采用差壓變送器測量漿液的密度，利用壓力變送器測量漿池底部的壓力，然后通過公式間接計算出吸收塔液位，如圖 4 所示。差壓變送器采用隔膜式分體結(jié)構(gòu)，2 個遠(yuǎn)傳膜片安裝在吸收塔側(cè)壁合適的位置（高差一般控制在 3～5 m），膜片通過毛細(xì)管與變送器本體連接。脫硫系統(tǒng)正常運行時漿液的密度大約控制在 1120 kg/m3 左右，因此吸收塔漿池介質(zhì)從工藝水變?yōu)檎�常的石灰�?mdash;石膏漿液時，差壓變送器的數(shù)據(jù)相應(yīng)從 29.4 kPa 上升至 32.9 kPa（膜片高差按 3 m 設(shè)計），變化范圍非常小，大約3.5 kPa，若儀表量程為 50 kPa，變化范圍僅占儀表量程的7%，因此應(yīng)選擇高精度的微差壓變送器。

 

密度計算方法：ρ=ΔP/（gΔH）計算后得出。式中，ρ 為漿液密度計算值，ΔP 為差壓，g 為重力加速度，ΔH 為差壓變送器 2 個膜片的高度差。

液位計算方法：H=（P/ρg）+h 計算后得出。式中，H 為液位計算值，P 為壓力，ρ 為密度計算公式中的漿液密度計算值，g 為重力加速度，h 為壓力變送器的安裝高度。采用本裝置測量漿池液位時，結(jié)構(gòu)簡單，差壓變送器和壓力變送器技術(shù)也非常成熟可靠，成本也較低。僅需安裝沖洗管路對儀表膜片和采樣管路定時沖洗，維護(hù)工作量相對較少。

 

3 測量裝置比較

以上 3 套裝置均是目前脫硫系統(tǒng)中常用的吸收塔液位測量裝置，各有優(yōu)缺點。

（1）裝置一使用的質(zhì)量流量計精度高、穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)的可重復(fù)性也很好，因此測量漿液的密度值可靠性高，提高了整套液位測量裝置的綜合精度，在脫硫技術(shù)剛引入國內(nèi)時曾大量使用。但裝置本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用了專門的測量管路、泵及大量閥門，增加了裝置的故障點，維護(hù)工作量大大增加。

（2）裝置二在裝置一的基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)，主要是取消了專門的密度測量管路，將密度測量儀表直接安裝在吸收塔側(cè)壁上，密度測量采用了高精度的音叉密度計，大大簡化了測量裝置。缺點是目前適合脫硫工況的音叉密度計生產(chǎn)廠家很少，價格比較貴；而且還沒有與之配套的在線檢修閥門，面臨檢修儀表時需停運工藝系統(tǒng)的風(fēng)險。

 

（3） 裝置三中采用低成本的差壓變送器代替了價格昂貴的質(zhì)量流量計和音叉密度計，通過合理的選型和安裝設(shè)計，也能達(dá)到測量漿液密度的要求，使其在一些脫硫裝置中得以應(yīng)用。而且由于吸收塔漿液密度實際會隨著液位高度的變化、氧化空氣的分布情況而變化，故測量吸收塔某一固定高度的密度并不能真實反映整個漿池的密度情況，而差壓變送器的 2 個膜片相距較遠(yuǎn)，計算出的密度值是該高度范圍內(nèi)的平均值，理論上更接近漿池內(nèi)的真實密度值。而此裝置的缺陷也在于差壓變送器的 2 個膜片安裝位置，當(dāng)液位在高壓側(cè)膜片下方時，差壓變送器顯示為零，因此密度計算值 ρ 和液位計算值 H 均為零，不能反映液位的真實情況；當(dāng)液位在高、低壓側(cè)膜片之間時，密度計算值 ρ 會隨著液位的升高而逐漸增加，但均會小于漿液的真實密度值，因此液位計算值 H也不具備參考價值。只有當(dāng)液位上升至低壓側(cè)膜片之上時，本裝置的計算結(jié)果才算正常，而由于 2 個膜片高差約 3 m，高壓側(cè)膜片距塔底約 1 m，故本套裝置的測量盲區(qū)大約為 4 m 左右。建議當(dāng)液位運行在盲區(qū)時，應(yīng)在 DCS 或 PLC 控制系統(tǒng)中通過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，使得計算數(shù)據(jù)#大程度接近真實情況，并加大人工巡查力度，以彌補(bǔ)控制系統(tǒng)的不足。脫硫系統(tǒng)正常運行時的液位在 10 m 左右，故本裝置還是適用于脫硫系統(tǒng)工況條件的。

 

4 結(jié)束語

綜上所述，各脫硫裝置應(yīng)根據(jù)自身的不同條件，如運行人員的技術(shù)水平、運行人員的工作強(qiáng)度要求以及脫硫系統(tǒng)停運對其他工藝系統(tǒng)的影響等因素，綜合比較后選擇合適的吸收塔液位測量裝置，從而達(dá)到安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實用的效果。