刘 娜 ,张明生 ,曾晓萍 ,韩彤杏
(1.西北铅锌冶炼厂,甘肃白银 730900;2.中国恩菲工程技术有限公司,北京 100038)
锌冶炼企业有许多露天槽罐,如浸出车间浓密机上清液,由于槽内液面上部充满高温污浊蒸汽,生产中根本无法从观察孔或敞口处查看实际液位,常采用雷达液位计、超声波液位计进行测量。由于生产需要,浸出工序液体具有高温和腐蚀性,雷达、超声波液位计在测量液位时,测量不准、冒槽、使用寿命短等现象是仪表设备经常面临的“卡脖子”问题。吹气法检测液位因其设备结构简单可靠,特别适用被测介质存在腐蚀性、放射性、引压管易堵塞、敏感部件易被粘附等特殊状况,测量方法及设备具有明显的优势,因此是一种普遍被采用的经典测量方法和设备选型考量原因。
某铅锌冶炼厂作为西北最大的湿法炼锌企业,炼锌流程为:锌精矿矿石沸腾焙烧→焙砂连续浸出→浸出液两段连续新液→净液净化除铜、镉、钴、镍→电解电积产出阴极锌→阴极锌熔铸得到产品锌锭。浸出工序就是以固态氧化锌向液态硫酸锌进行反应生产,生产的各个指标和参数也是在液体环境中进行测量和判定的,液位是液体物料耗量或者产量计量的重要参数,液位正常与否反应了生产是否正常,是否连续,设备是否安全运作,液位的测量就显得尤为重要。
液位测量仪表的选型和使用与生产工艺与介质紧密相关,综合来说,使用液位仪表的目的主要有以下几种。
1)用于企业计量与经济核算,只需测得容器中储藏液体的体积或重量即可。
2)监视容器内液位,在容器达到允许存蓄的上、下限时发出报警信号,液位变化以开关信号形式输出。
3)根据检测仪表液位瞬时信号反映生产所需参数,保证液位在生产需要的高度。
某铅锌冶炼厂液位的测量主要用的液位计有磁翻板液位计、超声波液位计、吹气式液位计测量液位,相比之下,吹气式液位计测液位适用于某铅锌冶炼厂强腐蚀、强酸、整套设备不用接触上清液就可以测定液位、密度、界面等参数,而且便于仪器的维修和控制,适用浸出车间雾气大,多结晶的生产环境,节省人力,性价比较其他两种液位计高。
液位作为保证生产连续性和设备安全性的一大重要参数,选择匹配的液位测量监测仪表,对工业自动化系统稳步发展和企业自动化水平提升都具有重要的作用。例如在连续生产的情况下,维持浓密机中液位高度的稳定,对液位实施实时监控测量,防止液体冒罐造成生产事故,或者液位过低,影响生产正常进行,总体来说,液位稳定对保证生产和设备的安全有效是必不可少的。
在存蓄腐蚀性、高粘度或含有悬浮颗粒的介质敞口容器液位测量时,常选用吹气式液位计。
2.1 吹气式液位计原理
吹气式液位计一整套设备由导管、液位指示压力表、浮子流量计、节流阀、气源压力计、减压阀、过滤器、气阀组成,在敞口容器中插人一根导管,压缩空气作为气源的路径由:气阀→过滤器→减压阀→气源压力计→节流阀,最终气体流经过浮子流量计由导管溢出,如图1 所示。气阀用来控制气流的开关及大小,再经过滤器过滤洁净后符合液位计使用要求,气流经减压阀将根据生产需要的液位高度将压力降至恒定压力值,恒定压力的洁净压缩空气经节流阀限流、恒流作用,在浮子流量计显示流量,最后恒流气体从导管下端溢出排入大气。
图1 吹气式液位计的原理
当导管下端有微量气泡(约为150 个/min)溢出时,因气泡微量且空气流速较低,忽略空气在导管中的沿程损失,这样导管内的气压几乎与液位静压相等,因此由压力表指示的压力值和液体内部压强公式即可算出液位高度H。
若吹气式液位计气体流流量过大,会导致流经导管的压降和测量误差变大;流量过小,又会造成实际液位与压力显示出现相应压力有时间上的滞后。为此,用以观察流量的大小的浮子流量计,帮助我们监测选取一个合适的气体流量数值,即生产中最高液位时气泡均匀逸出的气体流量为宜。
2.2 吹气式液位计测量原理
净化后的压缩空气经过减压阀→恒流器→转子流量计进入吹气测量管。恒流器顾名思义是获得恒定压力的气体流,吹气管分为长短两个吹气管,目的是获得差压值。在忽略管道阻力等其他影响因素下,右侧长吹气测量管内气体压力为差压变送器的高压腔所受的压力,左侧短吹气测量管插入较浅且不和液体接触,差压变送器低压腔所受的压力就是大气压力,即为不受压力。差压变送器所测量的差压ΔP就是长吹气测量管下端到液面的液柱静压值。
图2 吹气式液位计测量原理图
差压ΔP与液位h有式(1)所示关系。
也可以写为h=ΔP/ρg,记k=1/ρg,则有式(2)。
所以,得到液位高度h与差压变送器测量到的ΔP成线性关系,差压变送器传感器输出电压施加到电子部件上,转化成4～20 mA 的输出电流,根据电流与压力对照表,得到压力,对应算出上清液液位高度。这就是吹气式液位计的测量原理。
测量精度受吹气压力、吹气流量、界面温度、密闭容器压力等因素的影响,企业要根据实际生产需要及长时间设备运行经验选择合适的工艺参数值,以满足仪表设备精度和稳定性要求。压缩空气进入后,转子流量计会有一个上下浮动,如果测量液体是水,则浮动到流量计量程的50%即可,在某铅锌冶炼厂生产实际中,由于浸出液为酸溶液,且含有的杂质较多,所以导致浓密机内液体密度较大,所以吹气时,转子流量计上下浮动30%～40%即可。
吹气式液位计优点是结构简单,使用方便,最适合于具有腐蚀性、含有悬浮颗粒液体的液位测量,选型时最好避开密闭容器的液位测量,若不得已用于密闭容器液位测量,必须在容器上部开设通气孔;它的缺点是需要气源,而且只能适用于静压不高、准确度要求不高的场合。气源采用氮气或二氧化碳气体,可满足易燃、易氧化液体的液位测量。
2.3 吹气式液位计在某铅锌冶炼厂安装使用注意事项
1)气管有两个管口,其中长管管口安装时位置应在浓密机底部结晶上部,以利于吹气管中气泡的逸出。
2)一般情况下,吹气管的管口采用平口方式。
3)为防止上清液倒流,吹气式液位计以及差压变送器的安装标高要高于浓密机内最高液面的标高,保证测量设备不被介质污染和浸泡。
4)气管的气体流量,要根据生产工艺实际选择合适的气体量,最好能满足吹气式液位计的测量精度,方便的设置吹气式液位计的工作点。
5)气管路在安装时,要严格试压,在确认无漏气后才能投表运行。要定期检查并观察流量计的示值,以便及时发现堵塞和漏气现象。
2.4 吹气式液位计在某铅锌冶炼厂常见故障分析及解决方法
1)由于上清液pH 值为强酸,是一种带有腐蚀性、高粘度、多种杂质混合的高悬浊物液体,对测量仪器的防腐蚀性要求较高,某铅锌冶炼厂一期系统中吹气式液位计长的吹气测量管用316 钢管,二期系统吹气装置测量管用914 钢管,有效的满足了生产要求,但是长时间使用也会造成测量管腐蚀渗透,存在些许小孔,造成漏气现象,影响测量精度。要定期检查并观察流量计的示值,以便及时发现漏气现象,更换测量吹气钢管。
2)上清液中含有多种有用金属和大量的矿石泥土杂质,在浸出现场可以看到,浓密机内部和上清液流槽中有很多结晶,结晶达到一定程度就会堵塞管道,造成测量精度误差。虽然浓密机底部会沉淀很大一部分底流结晶,但是吹气式液位计吹气时,还是有杂质结晶会进入吹气测量管,长时间会造成吹气管孔径缩小甚至堵塞,导致压缩空气进入较慢,进入气体压力值较小,甚至不再进入,影响测量时间和测量精度。要定期的检查并观察流量计的示值,以便及时发现堵塞,及时更换吹气测量管,保证仪器正常使用。
浸出工序作为某铅锌冶炼厂湿法炼锌的核心工序,上清液的各个参数测定都非常重要,而浓密机作为浸出工序的核心设备,某铅锌冶炼厂浸出工序共有9 台浓密机,其中中性浸出2 台、一段酸浸1台、二段酸浸1 台、预中和1 台、沉矾1 台、酸洗3台。除了备用的之外,其他参与生产的浓密机上部都安装吹气式液位计,由气源、减压阀、恒流器、转子流量计、差压变送器和吹气管组成吹气式液位计,采用316 钢管和914 钢管插入浓密机内部达到防腐蚀的效果,液位计在非接触式的强酸、强腐蚀、多雾气、多结晶、高粘度、高悬浊物的环境中测量上清液液的密度和液位。及时掌握上清液液位、密度和结晶量等各个参数。浓密机上清液液位的正常测量监测保证了浸出各个工序正常进行和新液生产的稳定,保证了整个系统的体积平衡、锌酸平衡和渣的平衡。
1)浸出工序使用吹气式液位计与超声波液位计对比,浸出工序使用吹气式液位计与超声波液位计的各项对比,如表1 所示。
表1 吹气式液位计与超声波液位计对比表
2)由于某铅锌冶炼厂采用湿法炼锌工艺,焙砂的后续处理工艺流程都是在强酸、强腐蚀性、多杂质、多结晶的环境介质中进行的。对于工作人员来说,有些设备是无法频繁接触来实现测量工艺参数的,譬如浸出工序的浓密机内上清液的液位、密度等,所以,对于液体介质的各种参数测量,采用非接触测量的方法,既可以便于自控系统及仪器的维护与检修,又可以测量介质的液位,还可以使变送器等仪表远离设备(吹气式液位计不需要装在浓密机内部),达到保护设备,延长使用寿命的机会。
3)克服了浸出工序雾气大不利于读数、上清液高粘度、有悬浊物难测量的困难。
4)吹气式液位计的吹气测量管采用316 钢管或者914 钢管,可以有效地防酸性溶液腐蚀,探测器能长久耐用。
5)吹气管遇到结晶堵塞现象,清理结晶,或者只需更换吹气测量管,吹气式液位计还可以继续使用,增加了仪器的使用频次与寿命。
6)结构简单,对上清液温度变化不敏感,不需要进行温度补偿。
7)安装简单,性价比高,为某铅锌冶炼厂生产节省大量成本。
吹气式液位测量装置适用某铅锌冶炼厂浸出工序生产环境,能有效的测量强腐蚀、强酸、高粘度、高悬浊物的上清液液位,而且价格便宜、性能稳定、仪器使用寿命长、节省成本、符合节能降耗原则,因其性价比优于其他测量装置,尤其在测量贮槽液位领域运用广泛,在冶炼、化工行业有很好的使用价值。
猜你喜欢 冶炼厂液位计差压 基于双差压的脉动流测量方法仿真研究计测技术(2021年2期)2021-07-22大型铜冶炼厂电除尘器自动保护装置的研究与应用有色设备(2021年4期)2021-03-16浅谈差压变送器的校验在应用中的几个问题河北农机(2020年10期)2020-01-08气液分离罐液位计接管泄漏分析中国特种设备安全(2019年9期)2019-12-03电容式蓄电池液位计设计传感器与微系统(2018年7期)2018-08-29雷达液位计在伊拉克南部油田的应用实践石油化工建设(2018年1期)2018-07-10基于计算机自动控制及PLC技术的差压铸造过程自动化控制设计电子测试(2018年11期)2018-06-26W2015081 印尼12座拟开建镍冶炼厂计划减半中国有色冶金(2015年5期)2015-01-28W2015086 第一量子赞比亚新铜冶炼厂正在稳步扩产中国有色冶金(2015年5期)2015-01-28W2015093 印尼启动与中国镍冶炼厂合作建设项目中国有色冶金(2015年5期)2015-01-28