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射頻導(dǎo)納液位計在丙烯酸甲酯界面測量中的應(yīng)用

作時間：2018-04-08 來源：作者：

介紹了變浮力液位計測量原理和射頻導(dǎo)納液位計的工作原理。在吉化分公司丙烯酸生產(chǎn)裝置的運(yùn)行過程中，經(jīng)多年的摸索和實(shí)際改造，已經(jīng)將丙烯酸甲酯萃取塔(C 一330 塔)的界面測量儀表改為射頻導(dǎo)鈉液位計。現(xiàn)C 一330塔界面測量值與實(shí)際界面最大偏差只有 2％的誤差，已經(jīng)具備投入自動調(diào)節(jié)觸條件。

應(yīng)用背景

在丙烯酸甲酯生產(chǎn)過程中，丙烯酸甲酯萃取塔 C 一330 的界面測量是一個非常重要的控制指標(biāo)。界面過高過低都會對甲酯產(chǎn)品質(zhì)量和原料消耗以及生產(chǎn)周期長短產(chǎn)生重要影響。

吉林石化公司 1992 年投產(chǎn)的丙烯酸及酯裝置引進(jìn) 日本三菱技術(shù)，丙烯酸甲酯萃取塔 c 一330 采用變浮力式液位計測量界面，是當(dāng)時界面測量應(yīng)用比較普遍的方法。但是變浮力式液位計用于界面測量有一定的局限性，主要原因是這種方法要求兩種介質(zhì)的比重差不能過小。而丙烯酸甲酯和水的比重差設(shè)計值只有 0．03 g／cm ，此測量方法在我單位實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用甲，甲酯萃取塔 c ·330界面的測量基本處于癱瘓狀態(tài)。

二、變浮力液位計測量原理

變浮力液位計測量界面是浮筒侵在不同比重的介質(zhì)中，由于界面高低發(fā)生變化浮筒所受的浮力發(fā)生變化，通過扭力管將此浮力變化的信號由表頭轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。

由圖 1 所示可以看出，浮筒所受的浮力變化的大小，在浮筒體積恒定的情況下，主要取決于兩種介質(zhì)比重差的大小。根據(jù)阿基米得定律，浮筒所受浮力變化的大小為：

△ F = (r2 一r1) ×g ×1／4~R2 ×(hl+ h2)

在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，甲酯與水的比重差為 30 Kg／m3，浮筒的直徑為 108 m m ，浮筒全長 1米，可以得出△F 269 gf。

當(dāng)裝鬣在生產(chǎn)過程中發(fā)生一些變化時，如物料的溫度變化、水中含醇量的變化等，都會引起物料密度的變化。如果實(shí)際物料的密度發(fā)生0．O1 g／cm 的變化，會引起浮力的變化為仝F+l= 89 gf，此變化會引起 33％的測量誤差。

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，吉林石化分公司電石廠的丙烯酸及酯裝置從開車以來甲酯單元 C 一330 塔的界面基本指示不正常，C 一330 萃取塔界面的調(diào)節(jié)始終處于手動狀態(tài)，而且操作人員要定時到現(xiàn)場實(shí)際觀察玻璃

板液面計進(jìn)行操作。

經(jīng)過吉化分公司電石廠多年的摸索和實(shí)際改造，已經(jīng)將 C 一330 塔的界面測量儀表改為射頻導(dǎo)鈉液位計。現(xiàn) C 一330 塔界面測量值與實(shí)際界面最大偏差只有 2％的誤差，而且B 經(jīng)具備投入自動調(diào)節(jié)的條件。

三射頻導(dǎo)納液位計的工作原理

射頻導(dǎo)納液位計是近年發(fā)展起來的新型液位計。射頻導(dǎo)納是一種從電容式發(fā)展起來的、防掛料、更可靠、更準(zhǔn)確、適用性更廣的液位控制技術(shù)，射頻導(dǎo)納中導(dǎo)納的含義為電學(xué)中阻抗的倒數(shù)，它由電阻性成分、電容性成分、感性成分綜合而成，而射頻即高頻無線電波譜，所以射頻導(dǎo)納可以理解為用高頻無線電波測量導(dǎo)納值。

射頻導(dǎo)納液位計的測量原理：實(shí)驗(yàn)室中，平行板電容器是一個理想型的電容器，其電容量為：C = ￡×S ／D ，其中￡為兩電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，s 為兩極板間面積，D 為兩極板間距離。對于一個液面，安裝一個測量電極系統(tǒng)，形成一個同軸電容器。容器存在一個電容 C = ￡0 X S ×H 0／D + ￡×S×( H —H0)／D ，其中￡()為兩電極間空氣的介電常數(shù)，￡0= 1．0006，近似 = 1；￡為兩電極間介質(zhì)的介電常數(shù)，s 為兩極板間等效面積，D 為兩極板間距離，Hn 為空氣段探頭長度，H 為探頭長度。對于一個待測的液面來說，物料的￡是固定的，s、D 也是固定的，所以，推導(dǎo)上式可知，測量電容與物料的高度成正比。

利用檢測橋路上的可調(diào)電容可以平衡掉初始電容，包括安裝電容和線纜電容等，只剩下探頭物料電容，該電容信號經(jīng)放大后，輸出一個與料位成正比的信號。

由以上可以看出電容的大小 C = E0×Sx H D + 喜x,S ×( H —H 0)／D 主要取決于兩種介質(zhì)介電常數(shù) 、￡和 H 變化。由于甲酯的介電常數(shù)為 2 ．2，而水的介電常數(shù)為 80．k 所以可以將甲酯忽略不計，只要測量出水的位置，就相當(dāng)于測量出甲酯與水的界面。