【工程案例】脱硫塔液位测量中压力变送器的选型案例
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一、背景了解
脱硫塔是一种对工业废气进行脱硫处理的塔式设备，本次的现场所使用的脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫技术，这也是国内大多数烟气脱硫系统会采用的技术，而其中的吸收塔是完成“烟气脱硫”这一重要环节的主要设备，对吸收塔液位进行测量和监控就是我们本次项目的目标。
实现这一目标的过程存在两个难点。
其一是吸收塔液位参数是否稳定和真实准确对整个脱硫系统都有着直观重要的意义，因为在整个脱硫系统中存在着的诸如循环泵、氧化风机、搅拌器等大量关键设备，其实都与脱硫塔中的液位参数有联锁保护机制，一旦液位测量出现误报，整个设备便会因为联锁保护而进入停车状态，这无疑会极大影响生产效率，和造成大量的成本浪费。
其二是由于吸收塔本身结构上的特殊性（如下图一），使得现场安装液位计的选择受到了限制，无法使用当前主流的液位计进行直接测量。
综合多种因素考虑，最后决定采用压力变送器对吸收塔的液位进行测量，压力变送器测液位的原理可见：法兰液位计的原理。
二、项目概述
石灰石-石膏法脱硫系统的主要设备是吸收塔，如上图图一所示，一般常规容器的液位测量可采用在容器顶部安装超声波液位计、雷达液位计或浮子液位计等，但由于吸收塔顶部存在其它结构阻碍了这些仪表的测量，仅能从侧壁或外部安装的液位测量设备中选择，最后选择了精度和稳定性能都更可靠的压力变送器。经过公式H=（ΔP/ρg）+h的计算可将压差值转化成液位高度值。
三、问题分析
由于压力变送器是接触类的液位测量仪表，在化工应用中应着重关注其接触介质的情况，在脱硫吸收塔中的介质比较复杂，并且根据其分布在不同的区域也会有不同的介质组成。
在浆液氧化区内主要是硫酸钙浆液，亚硫酸浆料和氧化空气，吸收区是带正压的烟气和浆料混合物。主要接触介质为石灰石-石膏浆料，它存在三点特殊性：其一浆料中含有20%上下的固体物料，并且在脱硫过程中搅拌器会持续开启，导致浆料不停流动且上下层密度不均匀。其二是介质中的亚硝酸钙具有很强的黏性，这会导致接触型测量仪表其接触部分逐渐被黏性介质附着，从而导致仪表测量数据失真。其三是浆料介质里含有大量的氧化气体，这是由于在距塔底部约3m高的位置会有管网释放氧化气体，气泡上升过程中随着浆液压强的减小气泡会逐渐膨胀，这会进一步导致吸收塔内浆料的上下密度不均匀问题。
根据之前第二节所提到的内容，在压力与液位的转化过程中存在介质密度这一参数，而现场的介质密度不稳定会造成液位测量值的失真，同时还有介质黏附、固体磨损和搅拌等问题亟待解决。若仅在吸收塔侧壁上安装压力变送器，是无法测量到比较准确的液位数据的。
四、解决方案
脱硫是化工过程中重要的环节，全国范围内也已有大量的案例可供参考，对实际现场调研后发现为了比较准确测量吸收塔液位，一般现场都会选择压力变送器测量吸收塔底部压力，并对塔底浆料密度进行实时测量，并且由于该液位参数的重要性，仪表数量按工艺要求均为冗余配置。
仪表回路如下图二所示，下面对设备配置进行简单介绍。
（1）仪表选用压力变送器和质量流量计，此套配置的运行机制是先由质量流量计测量出当前介质的实时密度，然后通过压力变送器测出介质压力，将实时密度和实时压力同时代入计算程序，获得当前液位数据。
（2）密度测量回路除质量流量计外，还需要安装收取泵，各类阀门、压力表等部件，除流量计外两路冗余。密度测量回路的流速应观察泵出口压力表指示调整，过高的流速会加重质量流量计的磨损情况，流速过低则会导致流量计无法正常测量。
（3）压力测量回路中，采用隔膜压力变送器，取压管口应与侧壁保持60℃上扬夹角，避免浆料沉积造成管口堵塞，此外由于压力变送器并不十分适应此类型的工况环境，需要更加频繁的进行维护，对压力测量回路布置了三冗余配置。
五、其它方案
除了最终实施的质量流量计和压力变送器测量液位的方法，还有两种备选的方案。
一种是采用音叉密度计和压力变送器测量液位，另一种是差压变送器测密度和压力变送器测量液位。其结构上依然是一路测量密度一路测量压力，区别在于密度测量回路的仪表选择。
（1）选用音叉密度计的优势是这种仪表的结构简单，相较密度流量计测量方式减少了设备的故障率，也响应减少了维护工作量。缺点是由于音叉密度计探头是插入到吸收塔内的，不同于质量流量计可在外部安装检修回路，若音叉密度计需要维护检修时，必须将脱硫系统停车并将吸收塔内介质排空来对音叉密度计进行拆检，不过也有相应的解决办法，可对该部分进行冗余配置，利用在线可插拔球阀组件进行仪表连接，不过成本会大幅上升。
（2）选用差压变送器测量浆料的密度，由于需要采用隔膜式安装接触介质，故实际选用双法兰压力变送器，取压点选择在侧壁的合适位置，高度差控制在3~5m即可。脱硫系统正常运行时浆料的密度大约会在1120kg/m3上下，因此当吸收塔的介质从工艺水逐渐转化为石灰石-石膏浆料时，差压变送器的数据会从29.4kPa上升至32.9kPa（3m高度差），变化范围极小，约等于3.5kPa，因此在此处的双法兰压力变送器需要选择感压更灵敏的微差压变送器。压力变送器的技术相对成熟，此套方案成本也在合理范围，维护工作相对较少，仅需对仪表膜片和管理定期进行冲洗。但对取压口的改造比较麻烦，如果时项目设计阶段可以考虑使用该种方案。
（3）实施方案中的质量流量计精度高、稳定性好、数据可重复性优秀。依据此方式得到的密度值可靠度更高，提高了整套液位测量装置的综合精度，这种方式也曾在脱硫技术引入国内时大量使用，而且缺点是装置复杂，结构中有大量阀门，还有泵装置，维护工作量较大。
经过多方面权衡，现场最终选择了经典的质量流量计测密度的方式，因为现场人力足以支持这样的维护量，同时还可以获得相对准确可靠的液位数据。
