制糖蒸發(fā)罐是具有低壓力或真空度的密封容器，罐內(nèi)糖汁是高粘度介質(zhì)，易形成結(jié)晶、積垢。糖汁在加熱蒸發(fā)過程中，由于糖液的沸騰和粘度較大，測量儀表的引出管線容易被堵塞。所以，在測量罐內(nèi)物料的液位時(shí)，要選取合適的測量儀表及方法。其中有不帶遷移的單法蘭差壓及吹氣差壓式等方法。我們根據(jù)本廠一次檢測點(diǎn)的實(shí)際情況，決定采用吹氣差壓式的測量方法；同時(shí)，注意在提高吹氣式液位計(jì)運(yùn)行可靠性、測量精度等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)試驗(yàn)。
1、組成及原理
本廠制糖蒸發(fā)罐液位測量系統(tǒng)測量原理見圖1，在蒸發(fā)罐外安裝一條DN50的連通管，氣源通過昌暉生產(chǎn)的吹氣式液位計(jì)(包括差壓變送器、空氣過濾器、減壓閥、恒流閥、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)等)向連通管的上下吹氣口吹氣。當(dāng)氣源壓力足以克服下端和上端吹氣口氣所在平面的糖液靜壓P0和P"0，氣體就會(huì)從吹氣口逸出。顯然，如果逸岀的氣流量很少(如50-60氣泡/min), 則可近似地認(rèn)為P0和P"0處的氣體壓力P和P"隨P0和P"0及蒸汽壓力的變化而變化。如果供氣量恒定不變，則吹氣管壓力P和P"是隨P0和P"0同步變化的，即反映液位變化情況的靜壓差△P=P0-P"0，氣壓差△P由單晶硅差壓變送器測量岀來，并轉(zhuǎn)換成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號，送往DCS顯示。由圖1可以看到，吹氣裝置既起到了隔離作用，又起了傳遞壓力作用，故可用于測量蒸發(fā)罐高粘度的糖液而不會(huì)使導(dǎo)管堵塞，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠、便于維修。吹掃裝置是為了凈化空氣和使吹氣流量恒定而設(shè)的裝置，吹氣流量的恒定是公式能夠成立的前提。
圖1 制糖蒸發(fā)罐吹氣式液位計(jì)測量原理圖
由流體力學(xué)原理可知，氣體在臨界壓縮比(P1/P2)kp情況下，流經(jīng)節(jié)流元件的氣體流量達(dá)到最大值；此時(shí)流量不再隨節(jié)流元件前后的壓力差增加而增加，而保持為一個(gè)常量Qmax。如果氣源是空氣等雙原子氣體，這個(gè)臨界壓縮比(P1/P2)kp=0.528。在吹掃裝置中選擇了阻力較大的節(jié)流元件，只要節(jié)流元件前的壓力P1變化不大，且滿足了P2＜0.528P1的條件，就可達(dá)到氣源流量恒定不變的要求。
2、吹氣式液位計(jì)參數(shù)計(jì)算，技術(shù)措施及技術(shù)指標(biāo)
2.1 差壓變送器量程計(jì)算
從吹氣式液位計(jì)工作原理可知差壓變送器量程為S=△P=H×ρ，根據(jù)安裝在DN50取樣管旁的液面指示玻璃所指示的液面波動(dòng)情況，取H=3m。另根據(jù)對蒸發(fā)罐糖漿錘度測定的28個(gè)數(shù)據(jù)，取其平均值，得到蒸發(fā)罐糖漿在工作溫度(80℃)下平均密度為1.08787g/cm3，故差壓變送器量程S=H×ρ=300×1.08787=32.02kPa
2.2安裝吹氣式液位計(jì)的幾點(diǎn)技術(shù)措施
①為了減少吹氣量及使差壓變送器輸出穩(wěn)定，同時(shí)需避免吹氣咀堵塞，我們把吹氣咀口徑制作為10mm，經(jīng)過三個(gè)榨季的試驗(yàn)，吹氣咀無堵塞故障，吹氣式液位計(jì)運(yùn)行可靠。
②蒸發(fā)罐在放進(jìn)水或堿液時(shí)按工藝需要其液面大大超過糖漿的正常液面。如果在洗機(jī)期間壓縮空氣系統(tǒng)停止供氣時(shí)向蒸發(fā)罐供水，液體將會(huì)倒灌吹掃裝置和差壓變送器，造成測量系統(tǒng)失靈。為了防止這種情況，我們把吹氣咀與吹掃裝置相連的一段管路中安裝一段彎管，彎管高度超過最高液面，這樣就解決了液面倒灌問題。
③制糖蒸發(fā)罐為不透明密閉容器，無法直接觀察內(nèi)部液面情況，為了驗(yàn)證吹氣式液位計(jì)測量效果及精度，我們在DN50連通管液面波動(dòng)范圍的位置上安裝了液位指示玻璃管及刻度標(biāo)尺，可直接觀察到液面升降位置，為查定吹氣式液位計(jì)測量精度提供了實(shí)際數(shù)據(jù)。
2.3吹氣式液位計(jì)技術(shù)指標(biāo)
經(jīng)過對液位測量系統(tǒng)的實(shí)際查定，可達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：
①測量范圍：0-3m
②測量誤差：以安裝在DN50連通管上的液位指示玻璃管及標(biāo)尺所指示的液位為準(zhǔn)，液位測量系統(tǒng)基本誤差±1%(昌暉儀表供貨時(shí)注明使用玻璃浮子流量計(jì)時(shí)吹氣式液位計(jì)的精度為4%)。
③靈敏度：＜1%
④來回變差：＜±1%
⑤輸出信號：4-20mA
⑥供電電源：DC24V
⑦使用環(huán)境條件：溫度-10～55℃；相對濕度95%。
3、吹氣式液位計(jì)調(diào)校運(yùn)行要點(diǎn)
①吹氣式液位計(jì)投入運(yùn)行前，應(yīng)按設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)校好差壓變送器及吹掃裝置。注意調(diào)校好吹掃裝置中的 恒差繼動(dòng)器，使輸入與輸出的壓力差為10kPa(P入-P出=10kPa)，并合乎精度要求。
②吹氣式液位計(jì)投運(yùn)前，應(yīng)先接通吹氣氣源，然后再開啟安裝在DN50連通管上的上下采樣閥，以上步驟正常后投運(yùn)差壓變送器。
4、吹氣式液位計(jì)應(yīng)用情況
吹氣式液位計(jì)安裝試驗(yàn)以來，經(jīng)過三個(gè)榨季的試驗(yàn)及運(yùn)行使用，運(yùn)行可靠， 維修量較少。吹氣咀可以連續(xù)使用一個(gè)榨季而不堵塞。吹氣式液位計(jì)的輸出信號在DCS指示，使生產(chǎn)崗位工人隨時(shí)掌握蒸發(fā)罐內(nèi)糖漿真實(shí)液位的變化情況，從而更好地控制液位在合適位置，并為蒸發(fā)工序自動(dòng)控制解決了糖漿液位檢測問題。
查定情況：我們在Dg50連通管上安裝了液位指示玻璃管并在旁邊安裝了刻度標(biāo)尺，以玻璃管所示液面為標(biāo)準(zhǔn)，對照吹氣式液位計(jì)示值進(jìn)行精度查定。為了對瞬時(shí)值的查定對照較為及時(shí)準(zhǔn)確，我們使用過程校驗(yàn)儀在液位指示玻璃管旁進(jìn)行差壓變送器輸出讀數(shù)。同時(shí)把DN50取樣管下端的閘閥關(guān)小，使讀數(shù)時(shí)液面較為穩(wěn)定。查定數(shù)據(jù)見表1。
表1 制糖蒸發(fā)罐糖漿液位測量查定記錄
從查定數(shù)據(jù)可知，吹氣式液位計(jì)的最大讀數(shù)誤差為1.5cm，而差壓變送器量程為300cm，則吹氣式液位計(jì)最大相對百分誤差為Qmax=|1.5|/300× 100%=0.5%＜1%。
以上計(jì)算表明，昌暉吹氣式液位計(jì)在制糖蒸發(fā)罐液位測量中已達(dá)到較高的測量精度，能滿足制糖生產(chǎn)的需要。
作者：莫趣年、陳勝祺
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