淺析：浮筒液位計在尿素裝置的運用故障分析及處理方案

?描?述：

通過對浮筒液位計原理的分析，針對浮筒測量介質存在的易結晶堵塞的情況，提出了可行的解決方案，為國產化大化肥尿素解析水解系統(tǒng)液位準確測量及相同情況下的液位測量提供了解決方案和理論依據。寧夏石化公司三化肥裝置是集團公司在國內首套采用自 主技術建設、工藝技術全部實現國產化、主要設備的國產化 率達到95％以上、具有國際先進水平的大型氮肥生產裝置。 加強技術改造和消除裝置運行瓶頸的攻關，是公司三化肥裝 置負荷穩(wěn)步提高，生產安全平穩(wěn)的有力手段。裝置運行以來， 解析水解系統(tǒng)、高壓合成系統(tǒng)等關鍵設備浮筒液位計出現假 指示現象，導致高壓合成系統(tǒng)不能保證尿素成品質量，解析 水解系統(tǒng)循環(huán)排放環(huán)保指標不合格。 高壓系統(tǒng)、解析水解系統(tǒng)解析塔、水解塔液位控制系統(tǒng) 采用浮筒液（界）位變送器（如圖1所 示）測量設備液位的變化，測量液體為含有尿液、氨水、甲 胺液等混合介質。介質特性具有黏稠、懸浮物、易結晶的特點，在工作溫度低于132.7℃下，測量介質出現結晶狀態(tài)。

?????現場浮 筒液位計采用側連接方式，經常性地出現連接法蘭被結晶物 堵塞的現象，嚴重狀況下出現浮筒液位計扭力管被結晶物粘 連傳感器無法正常工作的狀況。浮筒測量原理及存在問題的改進方案SCDLC3000浮筒液（界）位變送器由浮筒測量室、測量機構、浮筒組成，利用杠桿原理和測應力的方法，通過 內浮筒所受的浮力變化量，使扭力管產生扭轉，使高精度的 傳感器獲取與物位變化一致的測量信號，再經專用電路轉換 成4~20mA 的標準信號輸出。主要部件作用及其工作原理 ：杠桿的末端吊有內筒，內 筒隨介質的浮力變化而升降，這個浮力作用在杠桿上，杠桿 在浮力的作用下，帶動與傳力芯軸相連接的扭桿轉動，扭桿 的一端壓迫稱重傳感器產生微小的形變，傳感器將形變位移 量轉換成電信號，再經信號處理及轉換電路轉換成4~20mA 標 準信號輸出，即完成變換過程。

????從浮筒液位計的工作原理（圖2）得知，其正常工作條件 必須在浮子安裝完好的情況下，扭力管組件、杠桿組件對矢 量角變化的傳輸準確，要求浮子位移的變化能正常穩(wěn)定地反 映到電子線路組組件。

1.1 原因分析尿素裝置高壓合成和解析水解系統(tǒng)介質為尿液、氨水、 甲胺液，尿液的熔點及凝固點為132.7℃，界區(qū)浮筒液位計安 裝形式采用側安裝，氣、液相安裝截止閥，閥門開度小或者 卡澀，尿液結晶物堵塞，引發(fā)液位計不能反映實際液位的變化。 如圖3所示采用對引壓閥加伴熱管線的措施，防止被測介質在 截止閥處結晶堵塞閥門。2019年4月，是三化肥裝置建成投產階段，裝置運行以來， 解析水解系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，系統(tǒng)的循環(huán)、環(huán)保排放指標達不到 標準，尤其解析塔、水解塔液位控制 LIC3802A/B、LIC3803A/B、 LIC3805A/B 浮筒液位計出現實際液位有變化，但指示偏高、 偏低或指示不跟蹤的問題，嚴重影響解析水解系統(tǒng)工藝的操 作，雖然經過的液位計測量范圍的標定、截止閥伴熱管線的 安裝、浮筒的定期沖洗等措施，穩(wěn)定運行周期短，從根本上 沒有解決故障原因。

????高壓系統(tǒng) LT3203A/B 液位有顯示，但不跟蹤，對浮筒排 放作業(yè)過程中，發(fā)現液位計浮筒內結晶物沉積硬化，浮筒掛壁物嚴重。采用定期沖洗措施，基本保證了液位計能夠滿足 生產需要。在對 LT3203A/B 浮筒沖洗、截止閥疏通作業(yè)完成儀表投 運后，液位計有指示但無變化。在將浮筒扭力管保護腔密封堵頭拆卸檢查，扭力管腔室有尿液結晶物沉積，杠桿組件、 扭力管被結晶物卡澀，無法傳輸液位變化產生的矢量角位移 變化。

???在截止閥疏通、浮筒沖洗后無卡澀，工藝介質密度、工 作溫度、壓力無較大變化，液位計測量范圍參數組態(tài)無偏差、 電子組件完好的狀態(tài)下，引起測量誤差的原因只有杠桿傳輸 組件因素所致，杠桿組件的扭力管、傳力芯軸正常工作是保 證液位計準確測量的關鍵。1.2 方案實施從SC DLC3000浮筒液（界）位變送器結構（圖4）可知， 液位的變化改變浮筒浮力變化使浮筒產生位移，位移的矢量角變化經過杠桿、扭力管傳輸到傳感器。浮筒掛鉤與杠桿連接， 杠桿轉動軸與扭力管在保護管中與液體的氣相直接相通，保護管腔室的工藝氣通過柔性石墨密封件與傳感器隔離。

2019年4月，是三化肥裝置建成投產階段，裝置運行以來， 解析水解系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，系統(tǒng)的循環(huán)、環(huán)保排放指標達不到 標準，尤其解析塔、水解塔液位控制 LIC3802A/B、LIC3803A/B、 LIC3805A/B 浮筒液位計出現實際液位有變化，但指示偏高、 偏低或指示不跟蹤的問題，嚴重影響解析水解系統(tǒng)工藝的操 作，雖然經過的液位計測量范圍的標定、截止閥伴熱管線的 安裝、浮筒的定期沖洗等措施，穩(wěn)定運行周期短，從根本上 沒有解決故障原因。高壓系統(tǒng) LT3203A/B 液位有顯示，但不跟蹤，對浮筒排 放作業(yè)過程中，發(fā)現液位計浮筒內結晶物沉積硬化，浮筒掛壁物嚴重。

?????采用定期沖洗措施，基本保證了液位計能夠滿足 生產需要。在對 LT3203A/B 浮筒沖洗、截止閥疏通作業(yè)完成儀表投 運后，液位計有指示但無變化。在將浮筒扭力管保護腔密封堵頭拆卸檢查，扭力管腔室有尿液結晶物沉積，杠桿組件、 扭力管被結晶物卡澀，無法傳輸液位變化產生的矢量角位移 變化。

????在截止閥疏通、浮筒沖洗后無卡澀，工藝介質密度、工 作溫度、壓力無較大變化，液位計測量范圍參數組態(tài)無偏差、 電子組件完好的狀態(tài)下，引起測量誤差的原因只有杠桿傳輸 組件因素所致，杠桿組件的扭力管、傳力芯軸正常工作是保 證液位計準確測量的關鍵。1.2 方案實施從SC DLC3000浮筒液（界）位變送器結構（圖4）可知， 液位的變化改變浮筒浮力變化使浮筒產生位移，位移的矢量角變化經過杠桿、扭力管傳輸到傳感器。

????浮筒掛鉤與杠桿連接， 杠桿轉動軸與扭力管在保護管中與液體的氣相直接相通，保護管腔室的工藝氣通過柔性石墨密封件與傳感器隔離。

依據杠桿轉動軸與扭力管在保護管中與液體的氣相直接 相通的結構特點，浮筒液位計扭力管保護管具有密封堵頭的 便利條件，在保護管密封堵頭處引用0.4MPa 蒸汽（圖5箭頭 處所示），對扭力管保護腔室進入的工藝氣液介質蒸汽加熱， 防止尿液、甲胺液在杠桿、扭力管產生結晶物。杠桿組件與 傳感器之間采用的柔性石墨密封件具有耐高溫的特點，引用 蒸汽吹掃加熱扭力管保護腔室，并不影響傳感器等電子組件 的正常工作。吹掃蒸汽進入浮筒后肯定會對其指示產生影響，導致其 指示發(fā)生變化、偏高。

?????所以在吹掃蒸汽管線上加裝一臺針閥 來控制蒸汽的流量，當閥門打開后吹掃蒸汽的流量是恒定的。 在表不投用的情況下觀察其零點變化，對照后對其零點進行 相應的修正，以實現浮筒更準確地指示（圖6）。

         2 技術改造效果高壓合成、解析水解系統(tǒng)浮筒液位計介質結晶引發(fā)液位誤 指示影響尿素產品質量和環(huán)保排放指標。通過技術改造，為 公司三化肥裝置后續(xù)工段的順利試車創(chuàng)造了條件，同時，提 高了尿素產品質量指標，降低了尿素 Bi（縮二脲）含量控制 指標，降低了對設備腐蝕的潛在危害。LT3203A/B 浮筒液位計的技改成功，對尿素裝置同類型 儀表的維護積累了寶貴經驗，對尿素易結晶的同類型液位計 進行了相同的技術改造，消除三化肥后續(xù)生產中同類型儀表 故障的發(fā)生。3 結語1）通過對 FISHER DLC3000浮筒液（界）位變送器測量 方法的技術改造，拓展了分析疑難問題的思路，對同類型液位計的檢維修提供了參考和技術依據 ； 2）為黏稠、易結晶介質的液位測量方法推廣運用提供技 術支持。