CN105547407A - 一种固体颗粒料位测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种固体颗粒料位测量系统及方法，系统包括差压变送器，正压端取压管，负压端取压管，正压端取压管根部阀吹扫管，负压端取压管根部阀吹扫管，温度变送器；本发明采用正压端取压管根部阀吹扫和负压端取压管根部阀吹扫的方式，测量正压端背压和负压端背压的压力差；通过计算模块换算成固体颗粒的实际料位；本发明不仅适用于一般工况下的固体颗粒料位测量，更适用于高温高压苛刻测量环境。

Description

一种固体颗粒料位测量系统及方法

技术领域

本发明涉及料位测量领域，具体涉及一种固体颗粒料位测量系统及方法。

背景技术

在工业领域，相比液位测量过程，固体颗粒的料位测量更加困难，一般较为常见的固体料位测量技术有超声波料位计，射频导纳料位计，辐射料位计，重锤料位计等。利用超声波来测量料位的技术已经发展成熟，在工业工程中拥有很广的应用，超声波料位计运用的是回波测距原理，其技术简单、经济，可连续测量且维护方便，但一般适合在常温常压下工作；射频导纳料位计，通用性强，准确可靠，属于新型的料位测量技术，但对产品本身质量的要求较高；辐射料位计，利用物质对放射性同位素射线的吸收作用来测量料位，但使用不当而造成的辐射污染是一个非常棘手的问题；重锤料位计，通过接触介质表面的方式进行测量，测量准确但可能发生断锤、埋锤等问题。因此，找到一种适用工况广泛，测量稳定，性价比高的料位测量方法则变得非常必要。

发明内容

本发明的目的在于解决固体颗粒料位测量尤其是高温高压工况下固体颗粒料位测量的现实问题，提供了一种结构简单、易于维护、安全环保、性价比高、测量精确的固体颗粒料位测量系统及方法。

为达到上述目的，本发明的系统包括装有被测固体颗粒的密封容器，以及开设在密封容器侧壁上的正、负压端接管，所述的正、负压端接管，分别与安装有正、负压端取压管根部阀的正、负压端取压管相连，正、负压端取压管根部阀的入口端通过正、负压端取压管根部阀吹扫管与正、负压端吹扫气相连通，且正、负压端取压管根部阀吹扫管均通过管路与差压变送器相连，在差压变送器后端的正、负压端取压管根部阀吹扫管上分别安装有正、负压端转子流量计和正、负压端截止阀。

所述的差压变送器前端的正、负压端取压管上分别安装有正、负压端压力变送器。

所述的差压变送器与正、负压端转子流量计之间的正、负压端取压管根部阀吹扫管还分别安装有正、负压端止逆阀，正、负压端针型阀和正、负压端恒流阀。

所述的正、负压端接管向下倾斜α(β)＝25°～65°插入被测固体颗粒中。

所述的密封容器侧壁自上而下还依次设置有T1测温点温度变送器、T2测温点温度变送器和T3测温点温度变送器。

本发明的固体颗粒料位测量方法，包括以下步骤：

1)首先，通过气相区的T1测温点温度变送器和T2测温点温度变送器的温度相同并高于固相区的T3测温点温度变送器的温度，推断固体颗粒料位大致位于T2测温点温度变送器和T3测温点温度变送器之间；

2)然后，与正压端取压管相连的正压端接管向下倾斜α＝25°～65°插入被测固体颗粒中，正压端吹扫气沿正压端取压管根部阀吹扫管经由正压端截止阀、正压端转子流量计、正压端恒流阀、正压端针型阀、正压端止逆阀不断吹扫正压端取压管，通过调节正压端针型阀的开度大小，并观察正压端转子流量计以确保正压端吹扫气和负压端吹扫气的流量大小相同；

同时，与负压端取压管相连的负压端接管向下倾斜β＝25°～65°插入被测固体颗粒中，负压端吹扫气沿负压端取压管根部阀吹扫管经由负压端截止阀、负压端转子流量计、负压端恒流阀、负压端针型阀、负压端止逆阀不断吹扫负压端取压管，通过调节负压端针型阀的开度大小，并观察负压端转子流量计以确保负压端吹扫气和正压端吹扫气的流量大小相同；

4)正压端取压管内产生的背压和负压端取压管内产生的背压进入差压变送器并输出压差信号，根据公式Δp＝kρgΔh计算得到固体颗粒料位差Δh，k：比例系数(0＜k≤100)；Δp：测量压差；ρ：固体颗粒堆密度；g：重力加速度。

所述的固体颗粒温度为20～1100℃，压力为0.1～7.0MPa。

所述的吹扫气的温度为20～200℃，压力为0.1～7.5MPa。

本发明采用正压端取压管根部阀吹扫和负压端取压管根部阀吹扫的方式，测量正压端背压和负压端背压的压力差。通过公式换算成固体颗粒的实际料位。本发明不仅适用于一般工况下的固体颗粒料位测量，更适用于高温高压苛刻测量环境。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图中：1、密封容器；2、被测固体颗粒；3、正压端接管；4、负压端接管；5、正压端取压管根部阀；6、负压端取压管根部阀；7、正压端压力变送器；8、负压端压力变送器；9、差压变送器；10、正压端止逆阀；11、负压端止逆阀；12、正压端针型阀；13、负压端针型阀；14、正压端恒流阀；15、负压端恒流阀；16、正压端转子流量计；17、负压端转子流量计；18、正压端截止阀；19、负压端截止阀；20、正压端吹扫气；21、负压端吹扫气；22、T1测温点；23、T2测温点；24、正压端取压管；25、负压端取压管；26、正压端取压管根部阀吹扫管；27、负压端取压管根部阀吹扫管；28、T3测温点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

参见图1，本发明的系统包括装有被测固体颗粒2的密封容器1，以及开设在密封容器1侧壁上的向下倾斜α(β)＝25°～65°的正、负压端接管3、4，所述的正、负压端接管3、4分别与安装有正、负压端取压管根部阀5、6的正、负压端取压管24、25相连，正、负压端取压管根部阀5、6的入口端通过正、负压端取压管根部阀吹扫管26、27与正、负压端吹扫气20、21相连通，且正、负压端取压管根部阀吹扫管26、27均通过管路与差压变送器9相连，在差压变送器9后端的正、负压端取压管根部阀吹扫管26、27上分别安装有正、负压端止逆阀10、11，正、负压端针型阀12、13，正、负压端恒流阀14、15，正、负压端转子流量计16、17和正、负压端截止阀18、19。在差压变送器9前端的正、负压端取压管24、25上分别安装有正、负压端压力变送器7、8。

本发明在密封容器1侧壁上自上而下还依次设置有T1测温点温度变送器22、T2测温点温度变送器23和T3测温点温度变送器28。

与正压端取压管24相连的正压端接管3向下倾斜(倾斜角α＝25°～65°)插入被测固体颗粒中，可避免固体颗粒直接进入正压端取压管24。与负压端取压管25相连的负压端接管4向下倾斜(倾斜角β＝25°～65°)插入被测固体颗粒中，可避免固体颗粒直接进入负压端取压管25。

设置止逆阀防止气体沿根部阀吹扫管回流，针型阀、恒流阀和转子流量计共同作用以调节吹扫气流量大小，保证正压端和负压端的吹扫气流量大小一致。关闭截止阀可将本料位测量系统与吹扫气气源隔开，便于检修。

正压端取压管24和负压端取压管25可将不同背压的气体引入差压变送器9。正压端压力变送器7和负压端压力变送器8既可以单独作为压力变送显示，也可以进一步引入DCS用作其他控制。

T1测温点温度变送器22、T2测温点温度变送器23和T3测温点温度变送器28作为料位的辅助测量，密封容器设置的温度变送器越多，则料位的测量越准确。

本发明固体颗粒料位测量方法，包括以下步骤：

1)首先，通过气相区的T1测温点温度变送器22和T2测温点温度变送器23的温度相同并高于固相区的T3测温点温度变送器28的温度，推断固体颗粒料位大致位于T2测温点温度变送器23和T3测温点温度变送器28之间；

2)然后，与正压端取压管24相连的正压端接管3向下倾斜α＝25°～65°插入被测固体颗粒中，正压端吹扫气20沿正压端取压管根部阀吹扫管26经由正压端截止阀18、正压端转子流量计16、正压端恒流阀14、正压端针型阀12、正压端止逆阀10不断吹扫正压端取压管24，通过调节正压端针型阀12的开度大小，并观察正压端转子流量计16以确保正压端吹扫气20和负压端吹扫气21的流量大小相同；

同时，与负压端取压管25相连的负压端接管4向下倾斜β＝25°～65°插入被测固体颗粒中，负压端吹扫气21沿负压端取压管根部阀吹扫管27经由负压端截止阀19、负压端转子流量计17、负压端恒流阀15、负压端针型阀13、负压端止逆阀11不断吹扫负压端取压管25，通过调节负压端针型阀13的开度大小，并观察负压端转子流量计17以确保负压端吹扫气21和正压端吹扫气20的流量大小相同；

4)正压端取压管24内产生的背压和负压端取压管25内产生的背压进入差压变送器9并输出压差信号，根据公式Δp＝kρgΔh计算得到固体颗粒料位差Δh，k：比例系数(0＜k≤100)；Δp：测量压差；ρ：固体颗粒堆密度；g：重力加速度。

其中，固体颗粒温度为20～1100℃，压力为0.1～7.0MPa，吹扫气的温度为20～200℃，压力为0.1～7.5MPa。

本发明的测量系统和方法尤其适用于高温高压工况下的料位测量，例如，在循环流化床反应器中，返料装置的固体颗粒料位作为一个重要的参数对于整个循环流化床的稳定运行至关重要，料位过高可能会影响旋风分离器的分离效率，料位过低则可能造成流化床中的气体反窜进入返料装置。在高温和带压操作的情况下，其他接触式或者非接触式料位计或多或少显示出一些无法克服的技术难点。本发明引入差压测量系统，通过不断向密封容器内的固相区和气相区输送恒定流量和压力的吹扫气，根据固体颗粒料位高度和背压压差成比例关系的原理(Δp＝kρgΔh，k：比例系数(0＜k≤100)；Δp：测量压差；ρ：固体颗粒堆密度；g：重力加速度；Δh：固体颗粒料位差)，最终通过计算模块将压力差换算为料位高度。由于运用差压法作为测量的基本原理，测量系统元件和测量介质之间相互隔离，因此能够避免某些料位计面临的无法耐受高温高压的问题。除此之外，机械结构简单以及无放射性等也是本发明的优势所在。

特别地，本发明所述的测量方法包括步骤：由于气体和固体的温度场分布不同，气相区T1测温点温度变送器22、T2测温点温度变送器23的温度相同并高于固相区T3测温点温度变送器的温度28，因此推断固体颗粒的大致料位在T2测温点温度变送器23和T3测温点温度变送器28之间。

Claims (8)

1.一种固体颗粒料位测量系统，其特征在于：包括装有被测固体颗粒(2)的密封容器(1)，以及开设在密封容器(1)侧壁上的正、负压端接管(3、4)，所述的正、负压端接管(3、4)分别与安装有正、负压端取压管根部阀(5、6)的正、负压端取压管(24、25)相连，正、负压端取压管根部阀(5、6)的入口端通过正、负压端取压管根部阀吹扫管(26、27)与正、负压端吹扫气(20、21)相连通，且正、负压端取压管根部阀吹扫管(26、27)均通过管路与差压变送器(9)相连，在差压变送器(9)后端的正、负压端取压管根部阀吹扫管(26、27)上分别安装有正、负压端转子流量计(16、17)和正、负压端截止阀(18、19)。

2.根据权利要求1所述的固体颗粒料位测量系统，其特征在于：所述的差压变送器(9)前端的正、负压端取压管(24、25)上分别安装有正、负压端压力变送器(7、8)。

3.根据权利要求1所述的固体颗粒料位测量系统，其特征在于：所述的差压变送器(9)与正、负压端转子流量计(16、17)之间的正、负压端取压管根部阀吹扫管(26、27)还分别安装有正、负压端止逆阀(10、11)，正、负压端针型阀(12、13)和正、负压端恒流阀(14、15)。

4.根据权利要求1所述的固体颗粒料位测量系统，其特征在于：所述的正、负压端接管(3、4)向下倾斜α(β)＝25°～65°插入被测固体颗粒中。

5.根据权利要求1所述的固体颗粒料位测量系统，其特征在于：所述的密封容器(1)侧壁自上而下还依次设置有T1测温点温度变送器(22)、T2测温点温度变送器(23)和T3测温点温度变送器(28)。

6.一种固体颗粒料位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先，通过气相区的T1测温点温度变送器(22)和T2测温点温度变送器(23)的温度相同并高于固相区的T3测温点温度变送器(28)的温度，推断固体颗粒料位大致位于T2测温点温度变送器(23)和T3测温点温度变送器(28)之间；

2)然后，与正压端取压管(24)相连的正压端接管(3)向下倾斜α＝25°～65°插入被测固体颗粒中，正压端吹扫气(20)沿正压端取压管根部阀吹扫管(26)经由正压端截止阀(18)、正压端转子流量计(16)、正压端恒流阀(14)、正压端针型阀(12)、正压端止逆阀(10)不断吹扫正压端取压管(24)，通过调节正压端针型阀(12)的开度大小，并观察正压端转子流量计(16)以确保正压端吹扫气(20)和负压端吹扫气(21)的流量大小相同；

同时，与负压端取压管(25)相连的负压端接管(4)向下倾斜β＝25°～65°插入被测固体颗粒中，负压端吹扫气(21)沿负压端取压管根部阀吹扫管(27)经由负压端截止阀(19)、负压端转子流量计(17)、负压端恒流阀(15)、负压端针型阀(13)、负压端止逆阀(11)不断吹扫负压端取压管(25)，通过调节负压端针型阀(13)的开度大小，并观察负压端转子流量计(17)以确保负压端吹扫气(21)和正压端吹扫气(20)的流量大小相同；

4)正压端取压管(24)内产生的背压和负压端取压管(25)内产生的背压进入差压变送器(9)并输出压差信号，根据公式Δp＝kρgΔh计算得到固体颗粒料位差Δh，k：比例系数(0＜k≤100)；Δp：测量压差；ρ：固体颗粒堆密度；g：重力加速度。

7.根据权利要求6所述的固体颗粒料位测量方法，其特征在于，所述的固体颗粒温度为20～1100℃，压力为0.1～7.0MPa。

8.根据权利要求6所述的固体颗粒料位测量方法，其特征在于，所述的吹扫气的温度为20～200℃，压力为0.1～7.5MPa。