摘 要 以尿素精餾塔為對(duì)象，結(jié)合其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，深入剖析了雙法蘭差壓變送器在液位測量中波紋膜片損壞的具體原因，并提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施，提高了液位測量的準(zhǔn)確性，延長了變送器的有效使用壽命。
在某公司汽提法尿素生產(chǎn)工藝中，精餾塔是一個(gè)非常重要的設(shè)備，其主要作用是在一定的溫度( 135 ～ 178℃ ) 和壓力( 0． 4MPa) 下，將甲銨液進(jìn)一步分解脫水生成尿素。但由于尿素、甲銨液介質(zhì)易結(jié)晶、易固化等原因，廣泛使用雙法蘭帶毛細(xì)管的差壓變送器( 以下簡稱雙法蘭差壓變送器) 來測量壓力和液位［1］。由于受被測介質(zhì)高溫、高壓及強(qiáng)腐蝕等工況的影響，這些雙法蘭差壓變送器易損壞，在精餾塔上的使用壽命都不長，#短的僅有幾個(gè)月，對(duì)生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行極為不利。曾經(jīng)發(fā)生過因雙法蘭差壓變送器故障，長時(shí)間輸出滿偏的假液位信號(hào)，自調(diào)回路中的調(diào)節(jié)閥全開，將精餾塔液位排空導(dǎo)致設(shè)備竄氣的生產(chǎn)事故。目前還沒有更好的手段來代替這種檢測方式，為保證裝置正常運(yùn)行，筆者對(duì)雙法蘭差壓變送器損壞原因進(jìn)行分析，并提出解決措施。
1 雙法蘭差壓變送器損壞原因剖析
1． 1 故障現(xiàn)象
該公司尿素精餾塔的液位測量都采用雙法蘭差壓變送器，但經(jīng)過長短不等的運(yùn)行時(shí)間，雙法蘭差壓變送器都會(huì)出現(xiàn)大致相同的故障現(xiàn)象: 儀表指示滿偏、指示不準(zhǔn)或指示波動(dòng)變化大等問題。所以每年大修時(shí)，都要拆檢精餾塔雙法蘭差壓變送器。經(jīng)檢查，幾乎無一例外地都會(huì)發(fā)現(xiàn)，雙法蘭差壓變送器的氣相波紋膜片已損壞，要么變薄破裂，填充液滲漏，要么只剩法蘭體，波紋膜片不知去向，但液相波紋膜片卻完好無損。
1． 2 氣相膜片損壞的原因
#初懷疑是變送器膜片的質(zhì)量問題，更換不同的知名變送器品牌( EJA、ABB、ＲOSEMOUNT)和材料( 316L、哈氏合金及鉭材等) ，但結(jié)果還是出現(xiàn)相同的現(xiàn)象: 氣相膜片損壞，液相膜片完好。于是筆者研究了雙法蘭差壓變送器氣相與液相的工況區(qū)別，氣相法蘭安裝在精餾塔分離器上部，液相法蘭安裝在分離器下部，當(dāng)分離器滿液時(shí)，兩者都被甲銨液尿素熔液所浸沒，非常好的區(qū)別就是液面高度不同而產(chǎn)生的壓力差，生產(chǎn)過程中，有可能會(huì)出現(xiàn)滿液的情況，這也屬于正常工作范圍。當(dāng)液面下降，低于氣相法蘭時(shí)，一方面液面波動(dòng)的沖擊力會(huì)使氣相膜片變形更大，另一方面甲銨液和尿素熔液很容易在氣相膜片上形成結(jié)晶并硬化，堅(jiān)硬的結(jié)晶物會(huì)損傷膜片，同時(shí)氣相比液相溫度更高，腐蝕也更嚴(yán)重，膜片減薄也就更快，而膜片是感壓元件，其厚度一般在 0． 4 ～ 0． 5mm，如果被測介質(zhì)有很強(qiáng)的腐蝕性，即使選用合適的防腐蝕材料做膜片，經(jīng)過長時(shí)間使用，膜片的鈍化層會(huì)被破壞，腐蝕也是無法避免的，再加上高溫高壓介質(zhì)長期沖刷，膜片會(huì)越來越薄，#終膜片就很容易破裂，填充液也會(huì)滲漏掉，氣相膜片也就不能準(zhǔn)確靈敏地測量氣相的壓力變化了。而雙法蘭差壓變送器液相法蘭安裝在分離器下部，膜片一直浸沒在液體中，沒有結(jié)晶也沒有液面波動(dòng)的沖擊力和沖刷腐蝕，溫度也比氣相低了近 40℃，其減薄的速度相較氣相來說很緩慢，可以正常使用很多年而不損壞。
2 改進(jìn)措施
通過以上分析，總結(jié)雙法蘭差壓變送器氣相膜片損壞的三大根本原因是:
a． 高溫介質(zhì)甲銨液尿素熔液的強(qiáng)腐蝕性;
b． 甲銨液和尿素易結(jié)晶固化;
c． 分離器內(nèi)液面波動(dòng)的沖擊力和沖刷作用。針對(duì)這 3 點(diǎn)原因，筆者分別采取相應(yīng)的措施加以改進(jìn)。
用聚四氟乙烯膜保護(hù)膜片，減緩介質(zhì)對(duì)氣相膜片的腐蝕。在新雙法蘭差壓變送器安裝之前，用厚度為 0． 2mm 的聚四氟乙烯膜，按變送器法蘭的直徑尺寸剪一塊圓形的膜備用，然后在氣相膜片上均勻涂抺一點(diǎn)高溫潤滑脂，再把備用的圓形聚四氟乙烯膜松馳無張力的貼到氣相膜片上，這樣就隔絕了介質(zhì)跟氣相膜片的直接接觸，可有效地減緩介質(zhì)對(duì)波紋膜片的腐蝕。
用蒸汽冷凝液消融氣相膜片上的結(jié)晶物。雙法蘭雙法蘭差壓變送器的膜片是感壓元件，只有保持膜片因壓力變化而產(chǎn)生自由形變的特性，變送器才能正常工作。但在尿素精餾塔的工況下，氣相膜片上很容易形成甲銨和尿素的結(jié)晶物，若不及時(shí)消融，隨著時(shí)間的推移，結(jié)晶物會(huì)越結(jié)越多并固化，嚴(yán)重阻礙膜片對(duì)壓力的傳導(dǎo)，毛細(xì)管雙法蘭變送器也就無法正常準(zhǔn)確地測量液位的變化了。為此，選用316L 材料的不銹鋼板加工了一個(gè)厚度為 18mm，內(nèi)直徑比氣相膜片稍大的過渡環(huán)，在其正上方開一個(gè)8mm 的導(dǎo)淋孔，其尺寸圖如圖 1 所示。在安裝雙法蘭差壓變送器氣相法蘭時(shí)，將過渡環(huán)安放在設(shè)備法蘭與變送器法蘭之間，并保持導(dǎo)淋孔在正上方。投入使用后，從導(dǎo)淋孔注入成線狀的蒸汽冷凝液細(xì)流，由于甲銨和尿素結(jié)晶物有遇水即融的特性，這樣氣相膜片上就不會(huì)有結(jié)晶物了。
用過渡環(huán)片阻擋液面波動(dòng)的沖擊沖刷力。工況條件下，精餾塔分離器內(nèi)的液面是很不平靜的。在汽提汽流的作用下，里面的液體介質(zhì)上下翻滾，液面形成浪涌不斷沖擊氣相法蘭的波紋膜片，加之溫度又高，膜片本身又薄，只有 0． 4 ～ 0． 5mm，在連續(xù)不斷的沖擊沖刷下，膜片逐漸減薄。與此同時(shí)，隨著壓力的瞬息變化，膜片也處在不停的形變中，會(huì)產(chǎn)生金屬疲勞。當(dāng)膜片薄到一定程度，承受不住壓力或液面波動(dòng)的沖擊力時(shí)，就會(huì)破裂，甚至慢慢從法蘭上剝落，填充液也會(huì)滲漏掉，雙法蘭差壓變送器也就不能正常工作，準(zhǔn)確測量液位變化了。為此，在加工過渡環(huán)時(shí)，特意將它設(shè)計(jì)成瓶蓋狀，其正面底板厚度為 5mm。為了氣相正常引壓，在過渡環(huán)內(nèi)側(cè)底板底部，也就是冷凝液導(dǎo)淋孔正下方，開了 3 個(gè) 8mm 的引壓孔，這樣一來，壓力可以無阻礙地傳導(dǎo)至氣相波紋膜片上，但因?yàn)檫^渡環(huán)有底板的存在，液面的沖擊沖刷力被底板阻擋卸除了，作用不到膜片上，對(duì)膜片的損傷也就不存在了。
3 實(shí)踐驗(yàn)證
在該公司生產(chǎn)裝置一次大修時(shí)( 2016 年) ，按計(jì)劃對(duì)三期尿素精餾塔測量液位的雙法蘭雙法蘭差壓變送器，在氣相法蘭上作了以上 3 項(xiàng)改進(jìn)。大修后裝置開車投用至今，變送器工作一切正常，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往#多正常工作半年的時(shí)間。并且，變送器對(duì)精餾塔液位變化反應(yīng)也很靈敏、準(zhǔn)確，與調(diào)節(jié)閥組成的自調(diào)回路，可以根據(jù)工藝需要，將液位平穩(wěn)控制在測量范圍內(nèi)的任一高度，為裝置安全高效生產(chǎn)提供了可靠的測控保障。
4 結(jié)束語
雙法蘭差壓變送器在化工生產(chǎn)中使用較為廣泛，因工況不同而出現(xiàn)的故障也千差萬別，筆者專門針對(duì)氣相膜片損壞的故障現(xiàn)象，作了縝密的原因剖析，找準(zhǔn)了波紋膜片損壞的根源，并分別作了針對(duì)性的應(yīng)用改進(jìn)措施，解決了氣相膜片損壞的問題。在化工生產(chǎn)中，介質(zhì)易結(jié)晶的工況很多，不管是測壓力還是測液位，都可試著按此思路和方法，加以改進(jìn)應(yīng)用。
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