CN111412961B - 一种多段压差式反应器床层料位测量装置及测量方法 - Google Patents

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    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure

Abstract

本发明涉及一种多段压差式反应器床层料位测量装置，该测量装置包括m组压差计，m≥3；从下往上数，各组压差计的序号为n，n＝1～m；第n+1组压差计的第一取压管的安装高度大于第n组压差计的第一取压管的安装高度，并且小于或等于第n组压差计的第二取压管的安装高度；第n+1组压差计的第二取压管的安装高度大于第n组压差计的第二取压管的安装高度；位于最下层的第1组压差计的第一取压管的安装高度低于反应器正常操作时的最低催化剂流化高度，位于最上层的第m组压差计的第二取压管的安装高度高于反应器正常操作时的最高催化剂流化高度；反应器为流化床或浆态床。与现有技术相比，本发明具测量精确、测量方便、投资低等优点。

Description

一种多段压差式反应器床层料位测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及化工领域料位测量装置，尤其是涉及一种多段压差式反应器床层料位测量装置及测量方法，尤其适用于流化床和浆态床液位测量。
背景技术
流化床反应器是化工领域经常用到的反应器，石化行业的流化催化裂化、多晶硅、煤化工行业中甲醇制烯烃、高温费托合成一般都采用流化床反应器。化工反应一般都需要高温、高压条件，反应器内都需要设置移热装置、气固分离装置、温度计、压力表等，这些内件的存在会造成床层内部密度差异较大，实际操作过程中由于线速、气体组成、催化剂、温度、压力等条件的变化也会造成床层内部密度产生变化或者密度分布不均匀，普通的压差式料位计由于密度的不确定无法准确测量流化床高度。射线料位计由于存在辐射会导致人体伤害，一般也不提倡使用，而且射线料位计也同样容易受内件及安装位置的影响。其它料位计则存在被固体颗粒堵塞或干扰也不适用于流化床料位测量。浆态床也存在同流化床相同的问题，由于浆液中固含量变化、气含率的变化导致密度变化。因此对于流化床和浆态床的料位精确测量一直是本领域的技术难点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的测量精度不高、对人体有害、测量不方便安缺陷而提供一种多段压差式反应器床层料位测量装置及测量方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种多段压差式反应器床层料位测量装置，该测量装置包括设于反应器的筒体上并且沿该反应器的高度方向布置的m组压差计，其中m≥3；从下往上数，各组压差计的序号为n，n＝1、2、……m；
所述压差计包括第一取压管和安装高度位于所述的第一取压管之上的第二取压管；第n+1组压差计的第一取压管的安装高度大于第n组压差计的第一取压管的安装高度，并且小于或等于第n组压差计的第二取压管的安装高度；所述第n+1组压差计的第二取压管的安装高度大于第n组压差计的第二取压管的安装高度；
位于最下层的第1组压差计的第一取压管的安装高度低于反应器正常操作时的最低催化剂流化高度，位于最上层的第m组压差计的第二取压管的安装高度高于反应器正常操作时的最高催化剂流化高度；
所述的反应器为流化床或浆态床。
所述的m为4-10。
所述的第n+1组压差计与第n组压差计的流化床床层密度的相对偏差小于15％。
相对偏差＝第n+1组压差计与第n组压差计的流化床床层密度的差值的绝对值与第n组压差计的流化床床层密度的比值。
如第n+1组压差计与第n组压差计密度偏差大于15％应适当降低第n+1组压差计的测量高度，减少该段对总床层高度造成的误差。
所述的第n+1组压差计的第一取压管的安装高度小于第n组压差计的第二取压管的安装高度，并且第n+1组压差计的第一取压管和第n组压差计的第二取压管之间的竖直距离为200-400mm。
所述的第一取压管和第二取压管倾斜安装于反应器的筒体上，并且第一取压管和第二取压管位于该筒体外侧的部分倾斜向上；并且所述的第一取压管和第二取压管与反应器的轴向方向的夹角为30°～60°。
所述的第一取压管和第二取压管位于反应器内部的端部者伸入反应器的筒体内部，并且伸入部分在水平面上的投影长度为所述反应器的直径的10-20％。
本发明还提供了采用上述的测量装置测量反应器料位的方法，步骤如下：
从下至上找出第一个实测压差满足
Figure BDA0002396094310000021
的第n组压差计，则反应器的床料位在第1组压差计到第n-1组压差计的测量高度范围内，根据以下公式计算第n-1层的料位高度：
Figure BDA0002396094310000022
式中，Hn-1测量为第n-1组压差计对应的测量料位高度；
Pdn-1——第n-1组压差计实测的压差值；
Hn-2——第n-2组压差计的第一取压管和第二取压管之间的高度差；
将第n-1组压差计的第一取压管的安装高度和所述的Hn-1测量相加即得到所述的反应器料位。
其中，所述的测量装置中，所述的第n+1组压差计的第一取压管位于第n组压差计的第二取压管之下，二者之间形成交叉段，并且第1组压差计的第一取压管位于反应器料位的0点位置；
测量步骤中，所述的反应器料位计算公式如下：
Figure BDA0002396094310000031
式中，L为反应器料位的高度值；
i为第i+1组压差计和第i组压差计之间的交叉段的序号；
hi为第i+1组压差计与第i组压差计之间的交叉段的高度。
所述的测量装置中，第n+1组压差计的第一取压管的安装高度等于第n组压差计的第二取压管的安装高度；
所述的从下至上找出第一个实测压差满足
Figure BDA0002396094310000032
的第n组压差计替代为从下至上找出第一个实测压差为0的第n组压差计。
上述测量方法还包括以下低位料报警和高位料报警步骤：
判断第2组压差计是否满足
Figure BDA0002396094310000033
若满足则进行低料位报警；
判断最上层的第m组压差计是否满足
Figure BDA0002396094310000034
若不满足则进行高料位报警。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)测量精度高，误差小，本发明的流化床料位测量装置可能的误差仅出现在料位所在段的压差料位计，理论上只要增加压差计的数量便可以有效降低误差；并且本发明通过相邻两个压差计压差值变化对比确定料位所处压差计序号，料位所在层压差计可以直接引用下层满料位压差计实测的密度从而计算床层料位，不涉及反应器内部密度的测量，克服了传统的测量方法中由于密度的不确定而难以直接测量流化床料位的问题，测量精度高，测量方便；
(2)本发明的测量装置中仅为若干个压差计，安装不受床层内件及设备壁厚影响，并且对人体完全无害，投资少；
(3)本发明在测量过程中，不受流化床操作条件变化的限制，使用方便，适用范围广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的测量方法的逻辑图；
图中，1为第一组压差计，2为第二组压差计，3为第三组压差计，4为第四组压差计，5为流化床反应器，6为筒体，7为气体分布器，A为第一取压管，B为第二取压管，Pd1为第1组压差计实测的压差值，Pd2为第2组压差计实测的压差值，Pd3为第3组压差计实测的压差值，Pd4为第4组压差计实测的压差值，H1为第1组压差计的第一取压管和第二取压管之间的高度差，H2为第2组压差计的第一取压管和第二取压管之间的高度差，H3为第3组压差计的第一取压管和第二取压管之间的高度差，H4为第4组压差计的第一取压管和第二取压管之间的高度差，h1为第2组压差计与第1组压差计之间的交叉段的高度，h1为第2组压差计与第1组压差计之间的交叉段的高度，h2为第3组压差计与第2组压差计之间的交叉段的高度，h3为第4组压差计与第3组压差计之间的交叉段的高度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种多段压差式反应器床层料位测量装置，该测量装置适用于流化床料位和浆态床液位的测量。反应器包括一个筒体6，筒体的底部设有气体分布器，该测量装置包括设于反应器的筒体上并且沿该反应器的高度方向布置的m组压差计，其中m≥3；从下往上数，各组压差计的序号为n，n＝1～m；从安装高度上看，压差计包括第一取压管A和安装高度位于第一取压管A之上的第二取压管B(即正取压管和负取压管)。从安装高度上看，第n+1组压差计的第一取压管的安装高度大于第n组压差计的第一取压管的安装高度，并且小于或等于第n组压差计的第二取压管的安装高度；第n+1组压差计的第二取压管的安装高度大于第n组压差计的第二取压管的安装高度；位于最下层的第1组压差计的第一取压管的安装高度低于反应器正常操作时的最低催化剂流化高度，位于最上层的第m组压差计的第二取压管的安装高度高于反应器正常操作时的最高催化剂流化高度，用以判断流化床料位高度是否超限；反应器为流化床或浆态床。
本发明中的压差计的数量越多，理论上测量的料位总高度越精确，由于流化床或浆态床在运行过程中床层料位在一定范围内波动，一般测量精度无需要求太高，因此设置4-10组压差计为宜。
本发明中的多段压差计测量主要原理是通过判断各层压差是否为0判断流化床料位处在哪一层压差计，该层测到的料位高度用公式H＝p/ρg计算，密度用相邻下层压差计计算密度进行计算，因此多段压差计测量高度根据床层密度分布进行确定，可以设置各段压差计测量高度一致，也可以根据由于流化床内件等原因造成的密度差异合理布置每段压差计测量高度；一般第n+1组压差计与第n组压差计的流化床床层密度的相对偏差小于15％。
多组压差计相邻两组最好有交叉重合段，以消除压差计0点不稳造成的测量误差，即第n+1组压差计的第一取压管的安装高度小于第n组压差计的第二取压管的安装高度，并且第n+1组压差计的第一取压管和第n组压差计的第二取压管之间的竖直距离为200-400mm；如果交叉段的高度过低达不到消除0点波动的目的，过高降低了压差计有效测量高度，造成浪费。
第一取压管和第二取压管倾斜安装于反应器的筒体上，并且第一取压管和第二取压管位于该筒体外侧的部分倾斜向上；并且第一取压管和第二取压管与反应器的轴向方向的夹角为30°～60°。通过将各个取压管倾斜设置，防止固体颗粒堵塞管口；各个取压管的管口也可以设置气体吹扫管线防止颗粒堵塞取压管。
多组压差计取压管口可以与流化床反应器内壁平齐，也可以内伸入流化床，以伸入流化床为最佳，多组压差计取压管口可以与流化床反应器内壁平齐，也可以内伸入流化床，以伸入流化床为最佳，即第一取压管和第二取压管位于反应器内部的端部者伸入反应器的筒体内部，并且伸入部分在水平面上的投影长度为反应器的直径的10-20％。
本发明的测量装置通过设置多个压差计降低了密度变化引起的料位高度测量误差；所使用的压差计为化工装置中常用压差计，节省投资；通过倾斜式测压管口和气体吹扫解决了固体颗粒堵塞问题；
本发明还提供了采用上述的测量装置测量反应器料位的方法，步骤如下：
从下至上找出第一个实测压差满足
Figure BDA0002396094310000051
的第n组压差计；
则反应器的床料位在第1组压差计到第n-1组压差计的测量高度范围内，床层界面在第n-1组压差计的第一取压管和第二取压管之间，根据以下公式计算第n-1组压差计测量的料位高度：
Figure BDA0002396094310000061
式中，Hn-1测量为第n-1组压差计对应的测量料位高度；
Pdn-1——第n-1组压差计实测的压差值；
Hn-2——第n-2组压差计的第一取压管和第二取压管之间的高度差(压差计正负取压管间高度差)；
将第n-1组压差计的第一取压管的安装高度和Hn-1测量相加即得到反应器料位。
上述测量方法还包括以下低位料报警和高位料报警步骤：
判断第2组压差计是否满足
Figure BDA0002396094310000062
若满足则进行低料位报警；
判断最上层的第m组压差计是否满足
Figure BDA0002396094310000063
若不满足则进行高料位报警。
其中，测量装置中，第n+1组压差计的第一取压管位于第n组压差计的第二取压管之下，二者之间形成交叉段；
测量步骤中，反应器料位计算公式如下：
Figure BDA0002396094310000064
式中，L为反应器料位的高度值；
i为第i+1组压差计和第i组压差计之间的交叉段的序号；
hi为第i+1组压差计与第i组压差计之间的交叉段的高度。
计算过程可以用PLC实现，也可以在DCS组态中编程实现，计算流程如图2所示。
当测量装置中，第n+1组压差计的第一取压管的安装高度等于第n组压差计的第二取压管的安装高度；
从下至上找出第一个实测压差满足
Figure BDA0002396094310000065
的第n组压差计替代为从下至上找出第一个实测压差为0的第n组压差计。
上述的流化床床层高度的测量装置及其测量方法，包括沿床层高度上设置多段压差计，相邻压差计间可以设置部分交叉，用于减少测量误差，压差计取压管口倾斜设置，防止颗粒堵塞，流化床总高度根据各段压差计测量的压差值经过逻辑判断来计算料位计的总床层高度。由于流化床床层密度随床层线速度、颗粒密度、颗粒大小、气体性质而变化，因此传统的压差测量流体高度的方法由于密度的不确定而难以直接测量流化床料位，而射线仪表受床层内件及设备壁厚影响较大，并且对人体有伤害，射线仪表使用的审批也越来越严格，化工生产中尽量避免使用。与现有技术相比，本发明通过设置多段式压差计，通过相邻两个压差计压差值变化对比确定料位所处压差计序号，料位所在层压差计可以直接引用下层满料位压差计实测的密度从而计算床层料位，投资省，误差小，不受流化床操作条件变化的限制。本发明也可以用于浆态床液位测量。
以下为本发明的具体实施过程：
实施例1
一种多段压差式反应器床层料位测量装置，具体为4段压差式流化床床层料位测量装置；如图1所示，流化床反应器5的筒体6上设置4组压差计，筒体6的底部设有气体分布器7，4组压差计为第一组压差计1、第二组压差计2、第三组压差计3、第四组压差计4，每组压差计包括从下到上依次布置的第一取压管A和第二取压管B；设置最下一层的第一组压差计1测量高度高于正常操作下一批催化剂流化的料位高度，即确保正常操作时流化床最低料位小于H1，设置最上层的第四组压差计的测量范围高于流化床正常操作时的最大料位，即正常操作时流化床最高料位小于H1+H2+H3-h1-h2。各压差计取压管口与竖直器壁呈45°倾斜，由下往上数第1-4层压差计测量压差记为Pd1-Pd4，压差计测量总高度(压差计取压口之间的距离)记为H1-H4，相邻两个压差计之间交叉高度从上往下依次记为h1-h3，测量时料位高度的计算方法为，如图2所示：
a、当Pd2≤Pd1*h1/H1时，反应器料位L<H1，反应器料位低位报警，无需计算实际高度(流化床反应器催化剂开车时一般按批次加入，正常情况下应按一批催化剂加入后实际料位高度高于H1设置多段压差计)。
b、当Pd3≤Pd2*h2/H2，Pd2>Pd1*h1/H1时，反应器料位计算：
L＝H1×(Pd2/Pd1)+H1-h1
c、当Pd4≤Pd3*h3/H3，Pd3>Pd2*h2/H2时反应器料位计算：
L＝H2×(Pd3/Pd2)+H1+H2-h1-h2
d、当Pd4>Pd3*h3/H3时反应器料位计算：
L>H1+H2+H3-h1-h2，高料位报警
以上逻辑计算在DCS系统组态中实现，不设DCS系统的简易装置可以通过PLC模块化仪表来实现。
实施例2
一种多段压差式反应器床层料位测量装置，具体为4段压差式流化床床层料位测量装置；如图1所示，流化床反应器5的筒体6上设置4组压差计，筒体6的底部设有气体分布器7，4组压差计为第一组压差计1、第二组压差计2、第三组压差计3、第四组压差计4，各组压差计的测量段没有重叠段，即h1、h2、h3、h4均为0。每组压差计包括从下到上依次布置的第一取压管A和第二取压管B；设置最下一层的第一组压差计1测量高度高于正常操作下一批催化剂流化的料位高度，即确保正常操作时流化床最低料位小于H1，设置最上层的第四组压差计的测量范围高于流化床正常操作时的最大料位，即正常操作时流化床最高料位小于H1+H2+H3。
测量时料位高度的计算方法为，
当Pd2是为0，L<H1，则反应器料位低位报警；
当Pd2不为0，Pd3为0时，则反应器料位计算：L＝H1×(Pd2/Pd1)+H1；
当Pd3不为0，Pd4为0时，则反应器料位计算：L＝H2×(Pd3/Pd2)+H1+H2；
当Pd4不为0时，L>H1+H2+H3，则反应器料位高位报警。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种多段压差式反应器料位测量方法，其特征在于，
采用多段压差式反应器床层料位测量装置测量，该测量装置包括设于反应器的筒体上并且沿该反应器的高度方向布置的m组压差计，其中m≥3；从下往上数，各组压差计的序号为n；
所述的压差计包括第一取压管和安装高度位于所述的第一取压管之上的第二取压管；第n+1组压差计的第一取压管的安装高度大于第n组压差计的第一取压管的安装高度，并且小于或等于第n组压差计的第二取压管的安装高度；所述第n+1组压差计的第二取压管的安装高度大于第n组压差计的第二取压管的安装高度；
位于最下层的第1组压差计的第一取压管的安装高度低于反应器正常操作时的最低催化剂流化高度，位于最上层的第m组压差计的第二取压管的安装高度高于反应器正常操作时的最高催化剂流化高度；
所述的反应器为流化床或浆态床；
具体步骤如下：
从下至上找出第一个实测压差满足
Figure FDA0003148238220000011
的第n组压差计，则反应器的床料位在第1组压差计到第n-1组压差计的测量高度范围内，根据以下公式计算第n-1层的料位高度：
Figure FDA0003148238220000012
式中，Hn-1测量为第n-1组压差计对应的测量料位高度；
Pdn-1——第n-1组压差计实测的压差值；
Hn-2——第n-2组压差计的第一取压管和第二取压管之间的高度差；
将第n-1组压差计的第一取压管的安装高度和所述的Hn-1测量相加即得到所述的反应器料位；
所述的测量装置中，所述的第n+1组压差计的第一取压管位于第n组压差计的第二取压管之下，二者之间形成交叉段，并且第1组压差计的第一取压管位于反应器料位的0点位置；
测量步骤中，所述的反应器料位计算公式如下：
Figure FDA0003148238220000013
式中，L为反应器料位的高度值；
i为第i+1组压差计和第i组压差计之间的交叉段的序号；
hi为第i+1组压差计与第i组压差计之间的交叉段的高度。
2.根据权利要求1所述的一种多段压差式反应器料位测量方法，其特征在于，所述的m为4-10。
3.根据权利要求1所述的一种多段压差式反应器料位测量方法，其特征在于，所述的第n+1组压差计与第n组压差计的流化床床层密度的相对偏差小于15％。
4.根据权利要求1所述的一种多段压差式反应器料位测量方法，其特征在于，所述的第n+1组压差计的第一取压管的安装高度小于第n组压差计的第二取压管的安装高度，并且第n+1组压差计的第一取压管和第n组压差计的第二取压管之间的竖直距离为200-400mm。
5.根据权利要求1所述的一种多段压差式反应器料位测量方法，其特征在于，所述的第一取压管和第二取压管倾斜安装于反应器的筒体上，并且第一取压管和第二取压管位于该筒体外侧的部分倾斜向上；并且所述的第一取压管和第二取压管与反应器的轴向方向的夹角为30°～60°。
6.根据权利要求1所述的一种多段压差式反应器料位测量方法，其特征在于，所述的第一取压管和第二取压管位于反应器内部的端部者伸入反应器的筒体内部，并且伸入部分在水平面上的投影长度为所述反应器的直径的10-20％。
7.根据权利要求1所述的一种多段压差式反应器料位测量方法，其特征在于，所述的测量装置中，第n+1组压差计的第一取压管的安装高度等于第n组压差计的第二取压管的安装高度；
所述的从下至上找出第一个实测压差满足
Figure FDA0003148238220000021
的第n组压差计替代为从下至上找出第一个实测压差为0的第n组压差计。
8.根据权利要求1所述的一种多段压差式反应器料位测量方法，其特征在于，还包括以下低位料报警和高位料报警步骤：
判断第2组压差计是否满足
Figure FDA0003148238220000022
若满足则进行低料位报警；
判断最上层的第m组压差计是否满足
Figure FDA0003148238220000023
若不满足则进行高料位报警。
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