后處理吹氣式液位計由過濾減壓閥、吹掃裝置、差壓變送器及中間連接管線等組成，由昌暉儀表制造有限公司在出廠時集成在一起，現(xiàn)場施工只連接氣路管線即完成安裝，使安裝難度下降。
1、混合澄清槽吹氣儀表檢測方案
1.1 吹氣檢測原理
吹氣式液位計主要由兩部分構(gòu)成，一部分為吹掃裝置，由空氣過濾減壓閥、小流量控制器與玻璃轉(zhuǎn)子流量計構(gòu)成，另一部分由差壓變送器、波紋管防污隔離閥(根閥)和伸入設(shè)備的吹氣管組成，其工作原理如圖1。吹氣檢測方法是將吹氣管插入到設(shè)備的不同深度，然后將壓縮空氣通過過濾減壓閥后，均勻地進(jìn)入吹氣管中，連續(xù)不斷地向被測介質(zhì)中吹入。當(dāng)吹氣管下端液面位置的靜壓小于吹氣管內(nèi)的壓力時，壓縮空氣經(jīng)吹氣管下端的氣泡均勻冒出，差壓變送器上獲得的差壓值即為兩根不同深度的吹氣管對應(yīng)位置的靜壓值，根據(jù)設(shè)置的吹氣管插深和差壓值，獲得需檢測的各參數(shù)。基本公式為p=ρgh，其中ρ為容器內(nèi)介質(zhì)密度，g為重力加速度，h為吹氣管插入的深度。
圖1 吹氣式液位計測量原理示意圖
1.2 混合澄清槽吹氣儀表檢測方案
混合澄清槽是后處理溶劑萃取生產(chǎn)過程中用到的一種溶劑萃取裝置，依靠重力來實現(xiàn)水相和有機(jī)相的混合和澄清分相，通過對混合澄清槽的界面、液位、密度等參數(shù)的測量監(jiān)控運行狀態(tài)，為運行人員提供有效數(shù)據(jù)。各混合澄清槽的尺寸和級數(shù)不盡相同，但是每級檢測的工藝參數(shù)相同。
在建后處理項目中的混合澄清槽需檢測兩級相關(guān)參數(shù)的，每級檢測的參數(shù)均為水相密度、有機(jī)相密度、液位和界面，采用吹氣測量法進(jìn)行檢測。測量裝置由吹氣管、吹掃裝置和差壓變送器3部分構(gòu)成，檢測到的差壓信號送至控制系統(tǒng)運算后顯示。但是，其檢測系統(tǒng)的設(shè)計有兩種，如圖2所示。一種是由二管、三管和四管3個分體式吹氣儀表組合使用方式，另一種是由三管、四管和四管的分體式吹氣儀表組合使用方式，都能夠滿足工藝參數(shù)的測量。
圖2 現(xiàn)有混合澄清槽儀表檢測系統(tǒng)
同一級設(shè)備檢測的參數(shù)相同，第一級插管數(shù)量均為5根，第二級插管數(shù)量均為4根，第一級與第二級之間共用吹氣管，但是吹氣儀表的組合使用方式，因設(shè)計人員的不同而具有差異性。該種方式存在結(jié)構(gòu)零件及管線較多，安裝空間占地大，維護(hù)檢修工作量大等問題。隨著項目的開展，核化工儀控設(shè)計人員結(jié)合科研成果，在項目中開始部分使用由生產(chǎn)廠家集成好的吹氣式液位計，一定程度上改善了吹氣儀表的外形，使其更加緊湊，所占空間更小，同時管線系統(tǒng)的改進(jìn)與集成使安裝難度下降。但是，工藝關(guān)鍵設(shè)備使用的吹氣儀表結(jié)構(gòu)形式仍為分體式，各子項間對同種關(guān)鍵設(shè)備和相同的檢測參數(shù)，選用的吹氣式液位計也不盡相同，同時在安裝過程中，管線之間的連接和差壓檢測儀表的安裝仍然存在安裝困難的問題。
2、混合澄清槽配套吹氣式液位計檢測方案設(shè)計
2.1 混合澄清槽配套吹氣式液位計儀表管線系統(tǒng)優(yōu)化及整體方案設(shè)計
在分析總結(jié)后混合澄清槽及其吹氣儀表檢測情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有吹氣式液位計研究成果，優(yōu)化改進(jìn)管線系統(tǒng)，把兩個及兩個以上的吹氣裝置內(nèi)的管線系統(tǒng)集成到一個吹掃裝置中，同時將吹掃裝置、壓力/差壓變送器及其連接管線整合為一體，對管線進(jìn)行集成化、一體化設(shè)計，設(shè)計混合澄清槽配套吹氣式液位計檢測統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的檢測方案。
圖2為現(xiàn)有混合澄清槽儀表檢測系統(tǒng)，均有兩級需要檢測，由3個吹掃裝置共同測量。吹掃裝置雖然組合方式不同，但是每一級的檢測參數(shù)均相同，獲取密度、液位等8個工藝參數(shù)，然后通過壓力變送單元就地顯示壓力差。因此，可研究每一級設(shè)備單獨的吹氣管線系統(tǒng)方案，減少各級之間共用的吹氣管，使每一級管線系統(tǒng)相對獨立，將吹氣管線系統(tǒng)氣路分配去復(fù)雜化，吹氣管線系統(tǒng)優(yōu)化后如圖3所示。每一級設(shè)備內(nèi)插入5根吹氣管，將兩級之間的共用管分別每級單獨配置，相較于原氣路分配，兩級及以上的混合澄清槽氣路管線系統(tǒng)，每增加一級，多一根吹氣管，但是每一級的檢測系統(tǒng)相對獨立，互相無影響，可以降低管線系統(tǒng)氣路分配的復(fù)雜性，實現(xiàn)每級液位、界面、水相密度和有機(jī)相密度的4個參數(shù)的檢測。
圖3 混合澄清槽每級管線系統(tǒng)優(yōu)化檢測方案
將混合澄清槽原有的兩個及兩個以上吹氣式液位計及復(fù)雜的儀表管線系統(tǒng)優(yōu)化，對管線進(jìn)行集成化、一體化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的過程中，管線系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性上升，因此儀表部分需具有一定的靈活性，對其進(jìn)行模塊化設(shè)計，方便后續(xù)維護(hù)和零部件的更換。在優(yōu)化吹氣管線系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將測量部件(壓力傳感器、信號處理模塊、運算模塊、顯示模塊及電源模塊)、取壓部件(取壓分配器、流量控制器、過濾減壓裝置及吹氣管管路系統(tǒng)等)模塊化后，將吹氣裝置和8個變送器集成在一個箱體式的吹氣式液位計中，形成針對混合澄清槽的專有一體化吹氣檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖4所示。
圖4 混合澄清槽配套吹氣式液位計儀表方案原理框圖
其中，氣體流量控制模塊將浮子流量計和穩(wěn)流閥設(shè)計成模塊化形式，方便拆裝，將吹氣流量控制在0L/h～10L/h的范圍內(nèi)，具體的調(diào)節(jié)在調(diào)試過程中，通過氣體流量控制模塊上的旋鈕對氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使氣體在吹氣管口能夠穩(wěn)定、均勻地冒出氣泡，平均速度為1個/秒。
2.2 混合澄清槽配套吹氣式液位計檢測系統(tǒng)運算方案研究
混合澄清槽配套吹氣式液位計檢測運算是將差壓值轉(zhuǎn)換為液位、密度、液位信號、界面等檢測參數(shù)，具體需根據(jù)吹氣管浸入的位置對各參數(shù)進(jìn)行計算。設(shè)管1、管2、管3、管4和管5分別為y1、y2、y3、y4和y5。
當(dāng)液位穩(wěn)定在混合澄清槽溢流堰口時，存在關(guān)系：?P液位=?P界面+P1，其中?P液位和?P界面分別為變送器的實測值，P1為y2管的理論壓力值。下面根據(jù)y2管末端位置進(jìn)行判別，并給出具體運算公式。
①當(dāng)?P液位≥?P界面+P1+X時，液位穩(wěn)定在溢流堰口，或高于溢流堰口，即y2管末端浸入有機(jī)相中。其中，X為修正系數(shù)，可根據(jù)調(diào)試情況修改。
此時，液位為：
H25為y2管、y5管管間距。
此時，界面為：
②當(dāng)?P液位≤?P界面+P1+X，液位發(fā)生下降，低于溢流堰口，y2管末端已經(jīng)暴露于氣相中，此時工況異常，無法精準(zhǔn)計算液位。
對液位進(jìn)行估計：
當(dāng)L液位-估計≥H25時，L液位≈H25；當(dāng)L液位-估計≤H25時，L液位≈L液位-估計。
對界面范圍的估計，需借助?P水相，根據(jù)每個周期的數(shù)據(jù)變化來判斷，界面位于y4管以下，還是y2管與y4管之間。
③有機(jī)相密度與水相密度的計算
當(dāng)液位高于y2管，界面低于y3管，即y2管與y3管末端均浸入有機(jī)相中，此時可測得有機(jī)相密度ρ有機(jī)=?P有機(jī)/(H23×g)。當(dāng)界面高于y4管時，ρ水=?P水相/(H45×g)。
為了獲得液位、界面的更大有效測量區(qū)間，兩密度實測值不參加液位、界面運算，公式中使用的密度為給定值。
3、結(jié)論
本文基于混合澄清槽設(shè)備自身特點和檢測需求，結(jié)合吹氣測量法，優(yōu)化吹氣管線系統(tǒng)，將每一級吹氣管線獨立化設(shè)計，減少了吹氣管線系統(tǒng)的復(fù)雜性，然后給出吹氣式液位計集成化、模塊化設(shè)計原理圖，方便后續(xù)維修和零部件的更換。最后，給出根據(jù)差壓值轉(zhuǎn)換為液位、密度、液位信號、界面等檢測參數(shù)的運算方案。混合澄清槽配套吹氣式液位計檢測方案可減少現(xiàn)場的安裝、維修工作量，節(jié)省安裝空間，降低了一定的經(jīng)濟(jì)成本，同時利于核化工項目設(shè)計的統(tǒng)一化，也可減少現(xiàn)場備品備件的種類，增強(qiáng)零部件的通用性。
作者：楊佳煜、趙利美、王志勇
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