CN103868822A - 一种湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置，包括双侧法兰均带有等长毛细管的隔膜式差压变送器（1）、智能计算控制器（2）、测量取样管路组件（3）和清洗排放管路组件（4）。差压变送器（1）对吸收塔固定高差内石膏浆液的压力差值进行连续监视，智能计算控制器（2）计算浆液密度，测量取样管路组件（3）的特点在于其向上倾斜并与吸收塔内壁成30～60°的夹角，以防止发生取样管路堵塞而中断实时数据，清洗排放管路组件（4）用来在线清洗取样管路组件和变送器感压膜片，以保证测量实时准确。本发明所涉及的密度测量装置解决了目前普遍采用的同类装置存在的电耗大、易堵塞、易磨损以及安全性等问题，完全符合环保节能降耗宗旨。

Description

一种湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置

技术领域

本专利涉及一种测量装置，特别是用于石灰石-石膏湿法脱硫系统吸收塔内石膏浆液密度的监测控制。在脱硫处理过程中，石灰石浆液密度、吸收塔浆液密度都是石灰石-石膏湿法脱硫装置中关键的检测控制参数，对整套系统脱硫效率及最终产物石膏品质都有重要影响。在吸收塔内，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙及由氧化风机鼓入吸收塔的氧化空气发生化学反应后生成硫酸钙，硫酸钙的比重大于石灰石（碳酸钙），随着硫酸钙的不断形成，吸收塔内浆液的密度将逐渐增大，因此将该密度值作为判断真空皮带机出石膏的标准。

背景技术

密度测量方法多种多样，主要有：核辐射式密度计、质量流量计、差压式密度测量法、超声波密度测量仪、音叉式密度计、浮球式密度测量等。后三者因其工作稳定性较差，测量精度相对较低，故工程应用极少，目前应用最为普遍的是质量流量计，差压式密度测量法、核辐射式密度计次之。差压式密度测量法应用于无呼吸口的石灰石浆液箱上测量石灰石浆液的密度已经很多，它能够得到准确而稳定有效的测量数据，深受用户的好评。但是差压变送器应用于吸收塔（有呼吸口）上测量石膏浆液的密度因安装管路设计、调校、标定、计算以及差压变送器选型等诸多问题，成功的应用案例至今还很少。

由于吸收塔内的浆液是石膏（硫酸钙及少量亚硫酸钙）浆液和石灰石（碳酸钙）浆液的混合物，其比重不同，液体分层，使计算所得的密度值很难具有代表性；另外吸收塔内有搅拌器，且有氧化风机不断向其内鼓入空气，用于降低亚硫酸钙的形成，这样在差压变送器取样口处容易形成气泡，即导压管堵塞积气，使浆液的压力不能完全作用于感压膜片上，使差压测量值失真，从而影响最终密度计算值的准确性；其三，差压变送器毛细管裸露在大气中，其随环境温度影响产生的温漂会造成密度计算值产生较大的偏差。因此很多工程师认为差压变送器用于吸收塔上测量石膏浆液的密度是不可行的。

发明内容

本专利，提供一种湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置，它设计了独特的取样及排放管路，选用双侧法兰均带有等长毛细管的法兰安装隔膜式差压变送器，其毛细管内充满硅油作为传导液体压力的介质。该变送器的双侧法兰分别设计安装在吸收塔的不同高度，从而对该高度差内的浆液静压差实时进行检测。检测得到的静压差信号通过硬接线的方式传输到湿法脱硫装置的控制系统或外置于变送器的智能控制器中，在调试标定中得到的密度计算公式组态编制到智能计算控制程序中，当控制系统接收到差压变送器检测到的静压差信号时，立即通过智能计算程序的运算得到相应的密度值，并显示在控制系统或智能控制器的监控画面上，使操作监控人员可以直观准确地读出吸收塔浆液密度值。精确的密度测量有助于准确控制吸收塔内脱硫剂——石灰石浆液的加药量，从而使吸收塔内钙硫比控制在最合理经济的范围内，使石灰石浆液的性能得到充分发挥，达到节能降耗，降低系统运行成本的目的。

目前脱硫工程中普遍采用安装在石膏浆液泵出口管道上的质量流量计和核辐射式密度计均需要石膏浆液泵等外在动力设备来保证浆液的循环流动性，才能保证测量传感器接触到的浆液是新鲜的，实时反映吸收塔内连续变化情况的浆液。所以上述的两种测量仪表均存在增加脱硫运行电耗的问题，同时加重泵、管道的磨损以及质量流量计本身测量元件的磨损，这都使脱硫系统的维护成本大大增加。不符合节能降耗的环保要求。

为解决上述技术问题，本专利采用如下的技术方案：其特征为，通过安装在脱硫塔距地面+0.5～1.5m高度和+1.8m～3.6m高度处的法兰安装型隔膜式差压变送器（1），其双侧法兰均带有等长的毛细管，使毛细管内所充硅油在同一环境温度时所产生的温漂相同，能够相互抵消，而不影响安装在吸收塔不同高度处的两个法兰之间的压力差值，从而能够有效实现对吸收塔内浆液密度的监测。目前差压变送器的测量精度很高，普遍可以达到0.075%～0.06%，且其采购价格与其他密度测量仪表相比较低，并能够实现对吸收塔内浆液静压差的高精度监测。

前述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置中，其特征在于：其用于监控检测的法兰安装型隔膜式差压变送器（1）选用DN50～DN80的大口径法兰安装方式，且感应膜片由硅油密封，不直接接触粘稠的石膏浆液，因此不易堵塞，保证测量对象差压值的连续性。

前述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置中，其特征在于：由于测量对象是吸收塔内浆液的液位高差形成的静压差，因此不受石膏浆液泵是否运行的限制，避免了管道安装式质量密度计测量密度方法中，石膏浆液排出泵须长期保持运行状态的局面，从而达到了节能降耗的目标。根据烟气含硫量不同，每个工程项目的石膏浆液排出泵的功率一般在18KW～75KW之间，经粗略估算，密度测量装置采用吸收塔安装方式将比管道安装方式降低能耗约为800～3400KWh，年降低成本约为8～30万元。其经济效益还是相当显著的。

前述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置中，其特征在于：法兰安装型隔膜式差压变送器（双侧法兰均带有等长毛细管）（1）的安装取样管路采用了向上倾斜一定角度（取样管路与吸收塔壁成30～60°夹角）的安装方式，该倾斜角可以保证粘稠的石膏浆液靠自身的重力自流入吸收塔，而不至于沉积在差压变送器感应膜片与浆液的接触面上，阻碍影响测量的实时性和准确性。

前述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置中，其特征在于：采用了智能计算控制器（2），能够将差压变送器测量到的高精度差压值实时准确地自动运算转换为符合要求的密度值直接显示在脱硫监控画面上，使运行人员在控制室内就能够直观准确实时地读出吸收塔内石膏浆液密度的变化，准确判断脱硫装置能够产出石膏的密度值，能够及时准确地启动石膏浆液排出泵，达到节能降耗、有效控制石膏品质的双重目的。从而使控制措施的实施更为准确及时有效。

前述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置中，其特征在于：法兰安装型隔膜式差压变送器（双侧法兰均带有等长毛细管）（1）的安装取样管路配置设计了专业合理的在线清洗排放管路组件（4），用来定期对取样管路组件和差压变送器感压膜片进行清洗，从而保持感压膜片表面的清洁和测量取样管路的通畅。清洗水压0.2MPa，清洗管路设计为DN25～DN50的管。运行中可以采用在线自动清洗，也可以采用手动快插接头清洗，每次清洗时间为1～5 min就可以达到很好的清洗效果。这种技术方案主要解决虚假差压值的产生。因为差压变送器的感压膜片直接接触的是吸收塔内的流体介质，尤其是这种流体介质是石灰石浆液和石膏浆液的混合物，由于两者比重不同，因此在同一时刻、同一工艺运行条件下，吸收塔内不同高度处的浆液成分不尽相同，石膏浆液比重较大，多沉淀于吸收塔底部，石灰石浆液比重较小，易集中悬浮在吸收塔上部。分子量较大、比重较大的硫酸钙溶液（石膏浆液）特性粘稠，容易粘附在差压变送器感压膜片上，久而久之形成沉淀，影响监控质量和检测精度。另外，由于氧化空气不断由氧化风机鼓入吸收塔，就很容易在测量取样管路内积聚气泡，易形成空气层，使感压膜片无法接触到石膏浆液，因此检测的压力就成了气泡压力，而非浆液压力，造成虚假差压值的产生。该清洗排放管路组件（4）的技术方案不仅使取样管路能够得到实时彻底地清洗，而且可以使取样管路内积聚的气体及粘稠的浆液等迅速排出，从而保证测量取样管路的畅通，避免了虚假差压值的产生，确保得到的差压值实时准确。

本专利所涉及的技术方案采用了直接安装固定于吸收塔上的方式，不仅排除了运行压力和运行流速的限制，且避免了测量元件与浆液之间的长期接触而造成磨损和结垢问题的发生，从而保证了测量装置的使用寿命和检测准确性，大大降低了运行维护成本。因为现有的石膏浆液密度测量基本采用安装在石膏浆液泵出口母管上的质量流量计方式，其运行压力一般为0.4～0.5MPa，运行流速要求小于等于2m/s，否则由于石膏浆液介质有细小颗粒，对管道内壁和接触介质的测量元件具有较强的磨损性，当流速超过2m/s时，长时间运行就会对质量流量计内的测量感应元件的接液部分受到强烈磨损而损坏，而更换此部件的价格相当昂贵，相当于购买新的质量流量计价格的1/3，使运行维护成本大大增加。同时，为保证达到良好的测量效果，确保管道内的浆液循环流动畅通无阻，通常要求质量流量计安装在垂直管道上，且流体在管道内必须自下而上流动，以确保浆液充满管道，当脱硫装置停运时，靠冲洗水流及其重力作用能很容易地将粘附在测量元件和管道内的浆液冲洗干净，不至于使管道和元件结垢而影响质量流量计的测量准确性和使用寿命。

与现有技术相比，本专利提供的石膏浆液密度监控装置，可以精确实时测量吸收塔内一定高度内石膏浆液压差，并通过智能运算控制器实时计算出相应的密度值，解决了目前工程常用测量方式运行周期短、易磨损、易结垢、易堵塞、测量不准确的现象，提高了湿法脱硫装置的自动化投入率和自动控制水平。

本专利所涉及的智能计算程序依据：差压变送器所测量的结果是压力差，即△P=ρg△h。而吸收塔为圆柱形，其截面圆的面积S是不变的，那么，重量G=△P·S=ρg△h·S，S不变，G与△P成正比关系。即只要准确地检测出△P值，与高度△h成反比，而吸收塔内浆液的温度基本维持在40℃左右，体积膨胀或缩小是微乎其微的，我们完全可以忽略不计，而吸收塔内为常压，因此g为常数9.8，所以当两个取压口之间的距离亦固定不变的条件下，所检测到的差压仅与浆液的密度变化有关。于是得出结论：吸收塔内的浆液密度ρ=△P /g△h。

差压式测密度装置的优点：

（1）差压变送器应用成熟，技术完善，性能稳定，故障率极低，运行维护量非常小，使用寿命长，价格低，性价比高；

（2）安装维护简单方便，对安装管段无特殊要求；

（3）读数直观，精度高，可达0.075%～0.06%，这是其它种类的测量仪表无法达到的；

（4）安全无污染，不会危害环境和人体健康；

（5）浆液泵运行与否均不影响密度测量，零电耗是差压式密度测算法的重要优势。与目前脱硫工程中普遍采用的安装于石膏浆液泵出口母管上的核辐射式密度计和质量流量计相比，本专利所涉及的密度测量装置安装于吸收塔壁上，其检测对象为吸收塔不同液位之间的浆液静压差，该压差由浆液重力自然形成，无需浆液泵等外在动力设备作为循环流动支撑即可以保证实时测量的实现，从而可以大幅降低脱硫电耗，完全符合环保节能降耗的根本宗旨。这是其它任何一种密度测量方法所不可比拟的；

（6）无磨损问题，运行中无需控制流量，运行维护成本低。与质量流量密度测量仪相比，后者在投运过程中由于其内在技术需求，需经常更换其内部价格相当昂贵的传感器，使其运行维护成本大大增加；与核辐射密度测量仪相比，后者的测量信号与浓度不呈线性，管道内壁结垢及磨损会引起测量误差，且长期做伽马射线密度仪的维护工会造成严重的毛发脱落，甚至构成疾病等人身伤害，另外放射性仪器繁琐严格的安检及审批程序均会给用户带来不必要的麻烦。因此三种方法相比，差压变送器测量密度方法运行更加可靠、稳定、经济。

本专利区别于其它差压测密度装置的安装设计特点在于：其测算精度、运行稳定性与其取样点的设计位置、取样管、取样阀门、排气管、排气阀门的安装位置和角度以及差压变送器本身的选型均不同于以往的差压变送器测密度方式，

(1) 位于吸收塔底部的取压开孔在充分考虑安装和维护空间的前提下，尽可能放低，以消除温度变化而造成的误差，必要时引入温度补偿。其取样接管必须倾斜向上，与吸收塔壁成30~60度夹角。详见附图。而变送器的安装法兰面必须与地面保持垂直；

(2) 差压变送器取样阀后应装有冲洗或排放阀门，同时加装排气管，以防止取样部位集聚空气，使感压膜片不能与浆液完全接触，无法准确测量到真实的差压值，导致密度计算不准确；

(3) 选用带毛细管法兰安装隔膜式差压变送器，且双侧法兰均带毛细管，同时双侧毛细管必须具有相同长度，以避免因两侧毛细管内硅油所带来的温漂不同而引起最终密度的测算产生较大偏差。选用法兰式是防止石膏浆液沉淀而堵塞引压管的有效途径，变送器量程一般为0～40kPa；

(4) 为达到一定精度，如容器顶部装有呼吸阀时，必须采用差压变送器而不能采用压力变送器。对敞口油罐或精度要求不高时，可直接采用压力变送器以方便安装；

 (5) 二次表尽量采用智能表，可方便改变量程，实现温度补偿等。

附图说明

图1是本专利的密度测量装置总图。

图2是本专利的测量取样管路组件图。

图1中的标记：1-法兰安装型隔膜式差压变送器（双侧法兰均带有等长毛细管），2-智能计算控制器，3-测量取样管路组件，4-清洗排放管路组件。 

下面结合附图和具体实施方式对本专利作进一步的说明。

具体实施方式

本专利的实施案例：如图1所示，是湿法脱硫系统中吸收二氧化硫的核心设备吸收塔内石膏浆液密度的测量装置，主要包括1-法兰安装型隔膜式差压变送器（双侧法兰均带有等长毛细管），2-智能计算控制器，3-测量取样管路组件，4-清洗排放管路组件。

通过安装在吸收塔距地面+0.5～1.5m高度和+1.8m～3.6m高度处的双侧带有等长毛细管的法兰安装型隔膜式差压变送器（1），连续监视吸收塔内石膏浆液的静压差。该实时测得的静压差值以4～20mA的标准信号通过硬接线的方式传输到脱硫控制系统，并显示在控制系统的监控画面上，石膏浆液密度是通过控制系统内的智能计算程序取得，也可以通过差压变送器外置的智能计算控制器（2）中设置的专门的A/D数据采集芯片采集并运算处理后直接换算成密度值再转换为标准信号4～20mA输出，最终显示在控制系统的监控画面上。当该密度值达到设定值时，将自动或手动启动石膏浆液排出泵，将石膏浆液输送到真空皮带机进行脱水处理并产出石膏。由于差压变送器感压膜片直接接触的是粘稠的石膏浆液，在测量过程中，石膏浆液含有的粘性细小颗粒，容易附着粘连在感压膜片表面，或者由于取样管路中气泡的积聚，使浆液与感压膜片之间形成空气层，无法检测到真实的实时差压值，最终影响密度值的测算。所以，运行过程可以设定自动程序清洗，也可以手动控制进行清洗。本装置设计了专门的清洗管路对取样管路进行定期的自动或手动清洗，并通过排放管路排入吸收塔地沟，以保持测量取样管路的畅通和感压膜片的洁净。从而确保测量的准确性。

Claims (7)

1.一种湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置，由法兰安装型隔膜式差压变送器（双侧法兰均带有等长毛细管）（1）、智能计算控制器（2）、测量取样管路组件（3）和清洗排放安装管路（4）组成。

2.根据权利要求1所述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置，其特征在于：石灰石-石膏湿法脱硫塔内石膏浆液的密度测量采用了安装在脱硫塔距地面+0.5~1.5m高度和+1.8m~3.6m高度处的法兰安装型差压变送器（1），其双侧法兰均带有等长的毛细管，使毛细管内所充硅油在同一环境温度时所产生的温漂相同，能够相互抵消，而不影响安装在吸收塔不同高度处的两个法兰之间的压力差值，这种带有毛细管的法兰安装型隔膜式差压变送器（1）的精度可达0.075%～0.06%，从而能够对吸收塔内一定高度的浆液差压实现精确有效的测量。

3.根据权利要求1所述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置，其特征在于：其用于监控检测的法兰安装型隔膜式差压变送器（1）采用DN50或DN80口径的法兰安装方式，其感应膜片由硅油密封，不直接接触粘稠的石膏浆液，因此不易堵塞，可以保证测量对象差压值的连续性。

4.根据权利要求1所述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置，其特征在于：由于测量对象是脱硫塔液位形成的静压差，因此不受石膏浆液泵是否运行的限制，避免了管道安装式质量密度计测量密度方法中，石膏浆液排出泵须长期保持运行状态的局面，从而达到了节能降耗的目标，根据烟气含硫量不同，每个工程项目的石膏浆液排出泵的功率一般在18KW～75KW之间，经粗略估算，密度测量装置采用吸收塔安装方式将比管道安装方式降低能耗约为800～3400KWh，年降低成本约为8～30万元，其经济效益还是相当显著的。

5.根据权利要求1所述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置，其特征在于：法兰安装型隔膜式差压变送器（双侧法兰均带有等长毛细管）（1）的安装取样管路采用了向上倾斜一定角度（取样管路与吸收塔壁成30～60°夹角）的安装方式，该倾斜角可以保证粘稠的石膏浆液由于自身的重力自流入脱硫塔，而不至于沉积在差压变送器感应膜片与浆液的接触面上，而影响测量的实时性和准确性。

6.根据权利要求1所述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置，其特征在于：该装置采用了智能计算控制器（2），能够将差压变送器所测差压自动运算转换为符合要求的密度值直接显示在脱硫监控画面上，使监控操作人员能够直观准确实时地读出吸收塔内石膏浆液密度，从而实施有效的控制措施。

7.根据权利要求1所述的湿法脱硫吸收塔内浆液密度测量装置，其特征在于：法兰安装型隔膜式差压变送器（双侧法兰均带有等长毛细管）（1）的安装取样管路配置设计了合理的清洗排放管路组件（4），用来对取样管路组件和差压变送器感压膜片进行定期清洗，清洗水压0.2MPa，清洗管路设计为DN25～DN50的管，运行中可以采用在线自动清洗，亦可以采用手动快插接头清洗，每次清洗时间为1～5 min就可以达到很好的清洗效果，该清洗排放管路组件（4）的技术方案不仅使取样管路能够得到实时彻底地清洗，而且可以使取样管路内积聚的气体及粘稠的浆液等迅速排出，从而保证测量取样管路的畅通，避免了虚假差压值的产生，确保得到的差压值实时准确。

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