CN105934656A - 用于测量加压装置中、特别是尿素设备的装置中的液位的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测量加压装置(1)中、特别是在尿素设备的装置中的液位的测量设备(3)，包括：辐射源(18)，定位在装置(1)的容器(4)内部，液位将在该装置中测量；接收器(21)，用于接收并测量由源(18)发出的辐射并且定位在容器(4)外部；电荷保存管(19)，容纳源(18)并且伸出到容器(4)内部以将源(18)支撑在容器(4)内部；以及供给管(20)，该供给管穿过容器(4)的壁(9)定位并且具有近端(31)和远端(32)，该近端位于容器(4)外部并且面向接收器(21)，该远端位于容器(4)内部并且面向源(18)。

Description

用于测量加压装置中、特别是尿素设备的装置中的液位的 设备和方法

技术领域

本发明涉及用于测量在加压装置中的液位的设备和方法，具体地，涉及用于测量在尿素设备的装置中的液位的设备和方法。

具体地，本发明在形成尿素设备的高压区段部分的装置中发现了优选的应用，该高压区段诸如为汽提塔(striper)、尿素合成塔、甲铵分离器、甲铵冷凝器。

背景技术

已知需要测量存在于尿素生产设备(尿素设备)的各种装置中的液体的液位。

例如，已知借助于放射性仪器测量存在于高压汽提塔(即，尿素设备的高压区段的装置，在该装置中，从离开尿素合成塔的尿素溶液中分解氨基甲酸酯)底部的液体的液位。

这种类型的仪器通常具有很高的可靠性(其可靠性高于其他类型的仪器，比如，雷达仪器)、不需要持续净化(而“dP cell”类型的差压压阻式电子仪器则需要)并且具有良好的分辨率(resolution)。

这些仪器的操作原理是基于测量由辐射源发出的、不被由于测量液位的液体吸收的并且由接收器检测的辐射。

在关于尿素设备的高压汽提塔的具体应用中，其中也有必要考虑需要相对厚的壁(如通常在高压下操作的装置一样)，已知两种主要的解决方案：

a)使用点辐射源，该点辐射源位于容器(汽提塔容器)下方，液位将在该容器内被测量；接收器位于容器的顶部。辐射源也可以安装在容器内，其中，接收器位于其下面且在容器底部的凹处。在任意一种情况下，有必要使用相对较高强度的辐射源，这是因为辐射的吸收是液位的指数函数；出于这个原因，这个解决方案几乎没有实际应用；

b)辐射源安装在该装置内并且由电线或沿着待测量区域的整个长度发出的一系列点电荷构成。接收单元安装在该装置外并且通常由两个点接收器构成。这是多数尿素设备采取的解决方案。

图1示出了这个后一种类型的典型应用。实际上，图1示意性地且部分地示出了尿素设备的高压汽提塔100，在该汽提塔中，只呈现了底端部分2，该部分配备有测量装置3，以用于测量存在于汽提塔100底部的液体的液位。

汽提塔100包括容器4，该容器具有侧壁5；容器4从汽提塔100的底端7包括：大致圆柱形的端部8，由底壁9封闭；弯曲的中间部分10(例如半球形)；以及大致圆柱形的主体部分11。

端部8配备有出口管12，该出口管在容器4内设置有进入口14，该进入口通常浸没在存在于汽提塔100的底部的液体中。

测量设备3包括发出管50，该发出管穿过底壁9伸出到容器4内并且容纳沿着发出管布置的辐射源(例如，由一系列放射性点电荷或电线或带形式的延长电荷构成)；以及一对接收器51，以各自预定的高度(即，各自离底壁9的距离)位于容器4的外部。

通过测量由辐射源发出到达接收器的辐射测量汽提塔中的液位。

首先，由于汽提塔复杂的几何结构，更精确地是具有弯曲(半球形)的上部的圆柱形端部的出现并且接着该弯曲部分的还有另一圆柱形部分，所以本文描述的已知的解决方案具有在低液位区域测量不准确的缺点(其被定义为在考虑整个测量范围的前提下的最小可感知的数量变化)，或者是在装置的正常操作期间处理液体的液位保持的位置测量不准确。

其他结构类似的装置也遇到同样的缺点。

此外，考虑到所有涉及到的问题，任何打算使用穿过该装置(具体地，是指该装置的容壁，该容壁特别是对于加压应用相对较厚)的辐射的测量设备配置都需要使用相对强大的辐射源。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于测量在加压的装置中，特别是尿素设备的装置中，的液位的设备，该设备基本没有本文指出的已知技术的缺点；具体地，本发明的一个目的是提供这样一种能够使用小的且低功率的辐射源同时确保高的测量分辨率和准确性的设备。

因此，如在所附权利要求1和权利要求15的基本术语中分别限定的，本发明涉及一种用于测量在加压的装置中，特别是在尿素设备的装置中，的液位的设备和方法。

如在所附权利要求11和权利要求13中分别限定的，本发明还涉及一种加压的装置，特别是尿素设备的装置和尿素设备。在从属权项中指出了本发明另外的优选特征。

以下是由根据本发明的设备和测量方法实现的主要优点。

本发明允许显著改进测量分辨率和准确性，尤其是在低液位部分，再次从处理观点控制和保持处理液体的液位更加重要。

本发明还允许使用具有相对低的放射性的辐射源(低于已知解决方案中典型的辐射源)，导致装置外部放射强度的降低，这对于暴露的操作员是一个巨大的优点，并且简化了为了保护他们而采取的措施。

本发明还具有降低测量设备成本的优点，测量成本直接与辐射源的放射性以及必要的运输系统/密封系统成比例。

附图说明

参照附图中的图，将在下面的非限制性实施方式的描述中使本发明的其他特点和优点变得清楚，附图中：

-图1为根据已知技术的配备有液位测量设备的加压装置，具体是尿素设备的高压汽提塔，的下端部的示意性纵向截面图；

-图2为根据本发明的配备有液位测量设备的加压装置，具体是尿素设备的高压汽提塔，的下端部的示意性纵向截面图；

-图3为根据本发明的配备有液体测量设备的加压装置，具体是尿素设备的高压汽提塔，的示意性纵向截面图；

具体实施方式

图2示出了加压装置1，具体是尿素设备的高压汽提塔，仅示出了该加压装置的底端部分2。

装置1配备有液位测量设备3，以用于测量在装置1的部分2中收集的处理液体的液位。

虽然在本文中描述和示出的实例中的装置1是汽提塔，本发明的测量设备3发现在例如尿素设备的高压区段的其他装置中的应用，具体地，该装置诸如为尿素合成塔、甲铵分离器或甲铵冷凝器。

装置1沿着轴线A(通常在使用中是竖直的)延伸，并且包括具有侧壁5的容器4，该容器围绕轴线A定位并且界定内部处理室6。

容器4从装置1的底端7开始包括：大致圆柱形的端部8，其由底壁9封闭且位于底端7；弯曲的中间部分10(例如为大致半球形)，其位于端部8上方；以及大致圆柱形的主体部分11，位于中间部分10上方。

在装置1的正常操作期间，装置1的底端部分2含有一定量的处理液体，其达到由自由表面限定的处理室6中的高度；装置1中的处理液体的液位是可变的，因此需要随着时间测量这个液位并监控其路径。

端部8安装有出口管12，该出口管定位成穿过容器4的壁5并且具体地穿过壁5上形成的孔13。在容器4内，出口管12设置有进入口14，该进入口定位在与壁9相距一预定距离处并且通常浸没在处理液体中。

出口管12具有直角弯并且进入口14面向壁9，该进入口的高度(被测量为与距离壁9的距离)小于孔13的高度，并且具体地小于出口管12的顶边缘15的高度。

测量设备3包括：辐射源18，发出(核)辐射；电荷保存管19，容纳辐射源18；供给管31，相对于电荷保存管19位于一预定位置；以及接收器21，被设计为接收并测量由辐射源18发出的辐射，并且与供给管31关联。

辐射源18是点源，即，包括小尺寸放射性电荷的源，与发出点相似。

辐射源18定位在电荷保存管19的内部，该电荷保存管由内部中空且大致平直的管状元件22限定，并穿过容器4的壁5。

根据装置1的尺寸，电荷保存管19可定位在主体部分11上，或者优选地，定位在中间部分10上(如图2所示)，或者甚至定位在端部8上。

电荷保存管19被布置为大致横向于轴线A并且从侧面进入装置1，具体是从装置1的侧端23进入容器4的内部；在图2中示出的优选的实施方式中，电荷保存管19是大致水平的。

具体地，电荷保存管19在两个轴向相对的两端之间沿着线性纵向轴线B(几何地横向于轴线A，并且优选地与轴线A垂直)延伸，该相对的两端具体是：进口端24，位于容器4的外部；以及自由端25，位于容器4的内部并且在处理室6中并且与壁5相距一距离；电荷保存管19由此穿过容器4的壁5，并且伸出到处理室6内。电荷保存管19容纳单个点辐射源18，该点辐射源定位在自由端25处并且与壁5隔开(即，定位成与壁5相距一预定距离)，电荷保存管19穿过该壁而插入。

优选地，自由端25是关闭的，并且进口端24终止于可打开或可移除的连接件26结，以允许进入电荷保存管19的内部并且允许辐射源18的可能的移除或替换，出于这个目的，该源可选择地配备有操作系统，该操作系统沿着轴B用于将电荷保存管19中的该源沿着轴线B平移。例如，连接件26用于将用于密封和运输辐射源18的壳体27连接至容器4的外部；壳体27配备有操作系统，辐射源18通过该操作系统被带入电荷保存管19中的容器4的内部，该壳体以可移动的方式紧固至连接件26；一旦辐射源18耗尽，其就会经由操作系统被收回到壳体27中，然后与连接件26分离并被移除。

电荷保存管19布置为穿过壁5上形成的孔28并且可能穿过与孔28连接的且伸出容器4外部的喷嘴29。

如果材料的兼容性允许话，电荷保存管19通过凸缘连接(根据尿素设备装置的典型标准)或焊接连接(如图2示意示出的)连接至装置1。

电荷保存管19由合适的材料制成，以抵抗装置1内部的环境，在这种情况下以抵抗高压汽提塔典型的高压尿素环境的腐蚀磨损现象。

电荷保存管19的内径根据辐射源18的尺寸以及用于辐射源18的操作系统而确定。

内部中空的且大致平直的管状元件30限定的供给管31被布置为大致竖直地穿过壁9。

供给管31被布置为大致平行于轴线A并且竖直地进入装置1和容器4。

具体地，供给管31在两个轴向相对的端部之间沿着纵向轴线C(大致平行于轴线A并垂直于轴线B)延伸，该相对的端部具体为：近端31，位于容器4的外部或壁9中；以及远端32，位于容器4的内部并且在处理室6中且与壁9隔开(即，设定为与壁9相距一预定距离)，供给管31穿过该壁而插入；供给管31由此穿过壁9并且伸出到处理室6的内部。

优选地，远端32是关闭的，而近端31是打开的且具有开口33。

供给管31被布置为穿过壁9上形成的孔34并且通过凸缘连接(根据尿素设备装置的典型标准)或焊接连接(如图2示意示出的)连接至装置1，具体是连接至壁9，如果材料的兼容性允许的话。

供给管31也由合适的材料制成，以抵抗装置1内部的环境，在这种情况下是抵抗高压汽提塔典型的高压尿素环境的腐蚀磨损现象。

有利地，供给管31具有不小于约25毫米的内径。

接收器21安装在容器4的外部上，具体是壁9下方。测量设备3配备有单个接收器21(除了单个点辐射源18之外)。

接收器21位于供给管31的近端31上并且与供给管31的轴线C对准；具体地，接收器21面向近端31的开口33，或者部分地插入开口33中。

在图2中示出的优选的实施方式中，(竖直的)供给管31的轴线C与(水平的)电荷保存管19的轴线B在辐射源18处垂直相交(也就是说：辐射源18位于互相垂直的轴线B和C的相交处)。

此外，辐射源18位于电荷保存管19中且在使得辐射源18与供给管31的轴线C大致对准并因此与接收器21对准的位置中。换句话说，电荷保存管19伸出到容器4和处理室6的内部一距离，这样使得辐射源18定位在供给管31的轴线C上。

以这种方式，发出辐射的辐射源18与接收辐射的接收器21之间的距离可能最短，从而也允许使用小尺寸且小功率的放射性电荷，比如200mCi的Cs-137(相对于使用1000-1400mCi的Cs-137的传统解决方案而言)。

在其他实施方式中，辐射源18与供给管31的轴线C不完全对准，而是在与其稍微偏心的位置中；和/或电荷保存管19和供给管31(即，各自的轴线B和C)相对于彼此倾斜和/或斜交(而不是垂直)；与上文描述的优选的实施方式不同的配置(具体是辐射源18相对于供给管31的轴线C的位置以及电荷保存管19与供给管31之间不同的倾斜)仍然保持有效，这取决于装置1、电荷保存管19的尺寸以及供给管31的尺寸并且取决于辐射源18的类型和接收器21的性能。

在任意情况下，由辐射源18发出的辐射不必直接穿过装置1很厚的厚度(具体是侧壁5和/或底壁9)而到达接收器21，但必须仅穿过处理液体(根据存在的液位)。

布置在端部8内的供给管31由此能够减少放射性电荷与接收器21之间的距离。

结果，测量设备3的分辨率恰好在低液位区域非常好，并且在高液位区域也没有劣化。

可选择地，电荷保存管19完全穿过处理室6并且在与配备有孔28的侧端23相对的侧端35处连接至容器4的壁5，并且在侧端35搁置在支撑件上或紧固至壁5。

供给管31的长度(沿着轴线C测量)，具体是供给管31的远端32与接收器21之间的距离，确定了测量设备3的零液位测量。

由此，供给管31可根据为测量而选择的液位范围而具有不同的长度。供给管31适当地从壁9延伸至处理液体的出口管12；具体地，供给管31的远端32位于与出口管12的顶边缘15相同的高度，即，与出口管的顶边缘齐平。

以这种方式，供给管31使接收器21能够绕过存在于壁9与出口管12之间的处理液体部分来测量装置1内部的处理液体的液位；由于在装置1的正常操作期间这一部分的处理液体总是存在，所以能够绕开这个液位(其构成测量抵消)可以进一步减少辐射源18的电荷。

在图3的实施方式中，配置装置1(尿素设备的一种装置，例如，高压汽提塔)被配置为使得其能够安装在关于装置1的水平对称轴线X旋转180°的两个相对的操作位置，并且在这两个操作位置中，测量装置3可以安装在装置1上，而不要求对装置1，具体是其容器4，进行大量修改。

装置1在两个相对的纵向端7之间沿着轴线A(使用中为竖直的)延伸，并且关于轴线X(水平的)对称；具体地，容器4具有关于轴线X对称的形状，并且安装有关于轴X对称且镜面对称的支撑组件40，以选择性地在两个操作位置中支撑该装置1。

更详细地，容器4具有两个相对的端部分2，这两个端部分位于各自端部7处并且关于轴线X(水平)对称。

端部分2具有由各自的底壁9封闭的各自大致圆柱形的端部8；以及各自的弯曲中间部分10(例如大致半球形)。大致圆柱形容器的主体部分11与中间部分10连接。

端部分2配备有各自组的喷嘴41，以用于将装置1连接至外部电路和/或部件。

喷嘴41关于轴X对称地成对设置，使得可在装置1的两个操作位置选择性地使用每一对喷嘴41。

换句话说，位于两端7的喷嘴41也关于轴线X对称。

具体地，喷嘴41可用于安装测量设备3。

为了简化，在图3中仅示出用于安装测量设备3的两对喷嘴41，而可用于插入其他组件，诸如例如出口管12，的另外的喷嘴41没有示出。

在装置1的每个操作位置中，容纳辐射源18的电荷保存管19和供给管31可被插入位于一端部7和一端部分2处(具体是在装置1的操作位置较低的端部7和端部分2)的相应的喷嘴41中。

当围绕轴线X翻转装置1(例如，为了延长装置1的寿命)时，相对的端部7也在同样的位置具有需要用于安装测量设备3的喷嘴41；因此，可在不改变容器4的前提下安装测量设备3。

最后，应理解的是，可在不背离所附权利要求书的范围的情况下对本文描述和说明的测量设备做出进一步的修改和改变。

Claims (26)

1.一种用于测量加压装置(1)中、特别是尿素设备的装置中的液位的测量设备(3)，所述测量设备包括：辐射源(18)，定位在所述装置(1)的容器(4)内部，所述液位必须在所述装置中测量；接收器(21)，用于接收并测量由所述源(18)发出的辐射，并且所述接收器定位在所述容器(4)外部；以及电荷保存管(19)，容纳所述源(18)并且伸出到所述容器(4)内部以将所述源(18)支撑在所述容器(4)内部；其特征在于，所述测量设备(3)包括：供给管(20)，所述供给管穿过所述容器(4)的壁(9)定位并伸出到所述容器(4)内部，并且所述供给管具有近端(31)和远端(32)，所述近端位于所述容器(4)外部并且面向所述接收器(21)，所述远端位于所述容器(4)内部并与所述壁(9)间隔开，并且所述远端面向所述源(18)。

2.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述源(18)是点源。

3.根据权利要求1或2所述的测量设备，其中，所述供给管(20)由内部中空的管状元件(22)限定。

4.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其中，所述接收器(21)定位在所述供给管(20)的所述近端(31)处并且与所述供给管(20)的纵向轴线(C)对准。

5.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其中，所述源(18)在这样的位置中放置所述电荷保存管(19)中，即，使得所述源(18)与所述供给管(20)的纵向轴线(C)大致对准。

6.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其中，所述电荷保存管(19)和所述供给管(20)沿着彼此大致垂直的各自的纵向轴线(B，C)延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其中，所述电荷保存管(19)和所述供给管(20)沿着彼此相交的各自的纵向轴线(B，C)延伸。

8.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其中，所述供给管(20)定位成穿过所述容器(4)的底壁(9)并且所述供给管是大致竖直的；并且所述接收器(21)定位在所述底壁(9)下方并且面向所述供给管(20)的所述近端(31)的开口(33)，或者所述接收器部分地插入所述开口(33)中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其中，所述电荷保存管(19)定位成穿过所述容器(4)的侧壁(5)并且所述电荷保存管是大致水平的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备，其中，所述供给管(20)的所述远端(32)大致定位在与所述装置(1)的出口管(12)的顶边缘(15)相同的高度处。

11.一种加压装置(1)，特别是尿素设备的装置，配备有用于测量所述装置(1)中的液位的测量设备(3)；其特征在于，所述测量设备(3)是根据前述权利要求中任一项所述的测量设备。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述装置(1)是作为尿素设备的高压区段的一部分的装置，特别是汽提塔、尿素合成塔、甲铵分离器或甲铵冷凝器。

13.一种尿素生产设备，包括至少一个加压装置(1)，所述装置配备有用于测量所述装置中的液位的测量设备(3)；并且其特征在于，所述测量设备(3)是根据权利要求1至10中任一项所述的测量设备。

14.根据权利要求13所述的设备，包括至少一个高压区段，并且其中，所述装置(1)是作为所述高压区段的一部分的装置，具体是汽提塔、尿素合成塔、甲铵分离器或者甲铵冷凝器。

15.一种用于测量加压装置(1)中、特别是尿素设备的装置中的液位的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：将辐射源(18)布置在所述装置(1)的容器(4)内部并且使用伸出到所述容器(4)内部的电荷保存管(19)支撑所述源(18)，所述液位必须在所述装置中测量；将接收器(21)布置在所述容器(4)外部，所述接收器用于接收并测量由所述源(18)发出的辐射；其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：设置供给管(20)穿过所述容器(4)的壁(9)并伸出到所述容器(4)的内部，所述供给管(20)具有近端(31)和远端(32)，所述近端位于所述容器(4)外部并且面向所述接收器(21)，所述远端位于所述容器(4)内部并且面向所述源(18)；以及测量由所述源(18)发出的辐射，所述辐射穿过包含在所述容器(4)中的液体到达所述接收器(21)。

16.根据权利要求15所述的测量方法，其中，所述源(18)是点源。

17.根据权利要求15或16所述的测量方法，其中，所述供给管(20)由内部中空的管状元件(22)限定。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的测量方法，其中，将所述接收器(21)定位在所述供给管(20)的所述近端(31)处并且与所述供给管(20)的纵向轴线(C)对准。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的测量方法，其中，将所述源(18)在这样的位置中放置所述电荷保存管(19)中，即，使得所述源(18)与所述供给管(20)的纵向轴线(C)大致对准。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的测量方法，其中，所述电荷保存管(19)和所述供给管(20)沿着彼此大致垂直的各自的纵向轴线(B，C)延伸。

21.根据权利要求15至20中任一项所述的测量方法，其中，所述电荷保存管(19)和所述供给管(20)沿着彼此相交的各自的纵向轴线(B，C)延伸。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的测量方法，其中，将所述供给管(20)定位成穿过所述容器(4)的底壁(9)并且所述供给管是大致竖直的；并且所述接收器(21)定位在所述底壁(9)下方并且面向所述供给管(20)的所述近端(31)的开口(33)，或者所述接收器部分地插入所述开口(33)中。

23.根据权利要求15至22中任一项所述的测量方法，其中，将所述电荷保存管(19)定位成穿过所述容器(4)的侧壁(5)并且所述电荷保存管是大致水平的。

24.根据权利要求15至23中任一项所述的测量方法，其中，将所述供给管(20)的所述远端(32)大致定位在与所述装置(1)的出口管(12)的顶边缘(15)相同的高度处。

25.根据权利要求11或12所述的装置，其中，所述装置(1)被配置为使得所述装置能够安装在关于所述装置(1)的水平对称轴线(X)相对于彼此旋转180°的相对的两个操作位置中，并且能在该两个操作位置中将所述测量设备(3)安装在所述装置(1)上。

26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述装置(1)设置有位于所述装置(1)的相应的相对纵向端部(7)处的两组喷嘴(41)；所述喷嘴(41)成对地布置为关于所述水平对称轴线(X)对称，以便在所述装置(1)的用于安装所述测量设备(3)的所述两个操作位置中能选择地使用每一对喷嘴(41)。