Verschiedene Methoden zur Messung des Flüssigkeitsstands im Entschwefelungs-Absorptionsturm

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Autor: Qin Junfeng (Guangzhou Branch of Shanghai Civil Aviation New Era Airport Design and Research Institute Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong) Bitte geben Sie beim Nachdruck dieses Artikels das Urheberrecht des Autors an. Zusammenfassung: Der Flüssigkeitsstand des Absorptionsturms ist ein sehr wichtiger Parameter in der Entschwefelungsanlage. Die Kettenschutzbedingungen wichtiger Geräte wie Umwälzpumpen, Oxidationsventilatoren und Mischer im System stehen in direktem Zusammenhang damit. Daher bestimmen die Genauigkeit und Stabilität der Flüssigkeitsstandmessdaten des Absorptionsturms den stabilen Betrieb des Entschwefelungssystems und wirken sich auch auf den sicheren Betrieb anderer Prozesssysteme im Zusammenhang mit dem Entschwefelungssystem aus. Einleitung Derzeit nutzen die meisten Rauchgasentschwefelungsanlagen die Kalkstein-Gips-Nassentschwefelungstechnologie. Der Absorptionsturm ist die Hauptausrüstung für die Rauchgasentschwefelung. Der Flüssigkeitsstand im Absorptionsturm spielt eine äußerst wichtige Rolle für den sicheren und zuverlässigen Betrieb der Entschwefelungsanlage. Aufgrund der besonderen Struktur des Absorptionsturmkörpers kann dieser jedoch nicht direkt mit dem derzeit gängigen Flüssigkeitsstandmessgerät gemessen werden. In diesem Artikel werden verschiedene derzeit zur Messung des Flüssigkeitsstands von Absorptionstürmen verwendete Methoden vorgestellt und die Vor- und Nachteile verschiedener Messmethoden analysiert. Die Hauptausrüstung des Kalkstein-Gips-Entschwefelungssystems ist der Absorptionsturm, wie in Abbildung 1 dargestellt. Der Absorptionsturm besteht hauptsächlich aus einer Schlammoxidationszone, einer Absorptionszone, einer Sprühschicht, einer Nebelentfernungsschicht, einem Einlasskanal und einem Auslasskanal. Der Flüssigkeitsstand herkömmlicher Behälter kann durch die Installation eines Ultraschall-Füllstandsmessers, eines Radar-Füllstandsmessers oder eines Schwimmer-Füllstandsmessers an der Oberseite des Behälters oder durch die Installation eines Füllstandsmessers mit magnetischer Klappe an der Seitenwand gemessen werden. Bei Flüssigkeiten, deren Dichte nicht stark von der Temperatur beeinflusst wird, kann bei offenen Behältern ein Drucktransmitter am Boden des Behälters installiert werden. Berechnet nach der Formel H=(P/ρg)+h ； Wenn es sich um einen geschlossenen Behälter handelt, muss ein Differenzdrucktransmitter installiert werden, der nach der Formel H = (ΔP/ρg) + h berechnet wird. In der Formel ist H der Flüssigkeitsstand, P der Druck, ΔP der Differenzdruck, ρ die Flüssigkeitsdichte und h die Einbauhöhe des Drucktransmitters bzw. Differenzdrucktransmitters. http://www.tx7878.cn/d/file/jingyan/2019-05-30/18909498cf80c999f1c7fc11aa6ce47c.jpg 1 Das Problem tritt auf. Das Medium im Entschwefelungs-Absorptionsturm ist relativ komplex. Die Aufschlämmungsoxidationszone besteht hauptsächlich aus Calciumsulfataufschlämmung, Calciumsulfitaufschlämmung und oxidierender Luft. Die Absorptionszone ist eine Mischung aus Rauchgas und Schlamm mit Überdruck. Da sich über dem Schlammtank des Absorptionsturms eine große Menge Sprühschlamm und Rauchgasgemisch befindet, ist es nicht möglich, oben zur Messung einen Ultraschall-Füllstandmesser oder Radar-Füllstandmesser zu installieren. Kalkstein-Gips-Schlamm hat drei Haupteigenschaften. (1) Um die Entschwefelungseffizienz sicherzustellen, beträgt der Feststoffgehalt der Aufschlämmung bis zu 20 %. Selbst wenn die Gülle unter der Wirkung des Rührwerks kontinuierlich fließen kann, ist die Dichte der oberen und unteren Schichten des Gülletanks ungleichmäßig. (2) Das Calciumsulfit in der Aufschlämmung weist eine starke Viskosität auf. Wenn die Instrumentensonde hineingesteckt wird, haftet das Calciumsulfit langsam an der Oberfläche der Sonde, wodurch der normale Betrieb des Instruments beeinträchtigt und die Messdaten verfälscht werden. (3) Die Aufschlämmung enthält eine große Menge oxidierter Luft. Das Rohrnetz für oxidierte Luft wird im Allgemeinen in einer Höhe von etwa 3 m vom Boden des Turms installiert. Wenn die Blasen aufsteigen, dehnen sie sich allmählich aus, da der Druck der Aufschlämmung abnimmt, was zu einem weiteren Dichteunterschied zwischen der oberen und unteren Schicht der Aufschlämmung im Absorptionsturm führt. Aufgrund der oben genannten Eigenschaften der Aufschlämmung ist es unmöglich, genauere Daten zum Flüssigkeitsstand zu messen, wenn ein Drucktransmitter nur an der Seitenwand des Absorptionsturms installiert wird. Darüber hinaus sind Schwimmer-Füllstandsmessgeräte und Magnetklappen-Füllstandsmessgeräte noch weniger in der Lage, sich an solch raue Arbeitsbedingungen anzupassen. 2 Lösung Um den Flüssigkeitsstand des Absorptionsturms genauer zu messen, verwenden häusliche Entschwefelungssysteme derzeit im Allgemeinen einen Drucksender, um den Druck am Boden des Absorptionsturms zu messen, und installieren ein Gerät zur Messung der Schlammdichte, um die Daten aus der Ferne an ein DCS- (Distributed Control System, verteiltes Steuerungssystem) oder PLC-Steuerungssystem (Programmable Logic Controller, speicherprogrammierbare Steuerung) zu übertragen und dann den Flüssigkeitsstand des Absorptionsturms gemäß der Formel H = (P/ρg) + h zu berechnen. Da es verschiedene Dichtemessmethoden gibt, weist jede ihre eigenen Eigenschaften und großen Unterschiede auf, was sich direkt auf die Projektkosten, den stabilen Betrieb des Messgeräts und den Wartungsaufwand während des Betriebs des Systems auswirkt. Da der Flüssigkeitsstand des Absorptionsturms ein sehr wichtiger Parameter in der Entschwefelungsanlage ist, wird die Anzahl der Instrumente entsprechend den Prozessanforderungen redundant konfiguriert. Die folgenden Messmethoden werden nicht noch einmal beschrieben. (1) Gerät 1 – Massendurchflussmesser + Drucktransmitter-Messschleife. Bei dieser Methode wird zunächst ein Massendurchflussmesser verwendet, um die Dichte der Aufschlämmung in Echtzeit zu messen, und dann wird der Flüssigkeitsstand des Absorptionsturms anhand des vom Druckmessumformer gemessenen Druckwerts berechnet. Die Dichtemessschleife besteht hauptsächlich aus einer Gipsschlamm-Extraktionspumpe (eine für den Gebrauch und eine für die Reserve), Ventilen (Einlassventil der Extraktionspumpe, Auslassventil, Spülventil, Auslassventil), einem Massendurchflussmesser, einem Manometer und Rohrverbindungen. Die Druckmessschleife besteht im Wesentlichen aus einem Drucktransmitter, Ventilen und Spülleitungen (Abbildung 2). Beim Starten der Dichtemessschleife müssen Sie zunächst das Spülventil, das Auslassventil und das Auslassventil schließen und dann das Einlassventil öffnen. Nachdem die Pumpe mit Gülle gefüllt ist, starten Sie die Pumpe. Nachdem die Pumpe erfolgreich gestartet wurde, öffnen Sie das Auslassventil und stellen Sie das Auslassventil gemäß den Anweisungen des Pumpenauslassdruckmessers auf den entsprechenden Druck ein, um sicherzustellen, dass die Durchflussrate im Messrohr den Messanforderungen entspricht, aber nicht dazu führt, dass die Durchflussrate zu hoch wird, was zu starkem Verschleiß des Massendurchflussmessers und einer Verkürzung der Lebensdauer des Instruments führt. Wenn das Entschwefelungssystem außer Betrieb ist oder der Massendurchflussmesser gewartet und repariert werden muss, sollte zuerst die Schlammextraktionspumpe gestoppt, dann das Einlassventil geschlossen und das Auslassventil geöffnet werden. Nachdem die Gülle in der Messleitung erschöpft ist, sollte das Spülventil geöffnet werden. Nachdem die Rohrleitung mit Prozesswasser gespült wurde, können das Spülventil, das Auslassventil und das Auslassventil geschlossen werden. http://www.tx7878.cn/d/file/jingyan/2019-05-30/767e4fb83a7cfb398e32f378064d2e2a.jpg Das Druckmessgerät verfügt über einen integrierten Membrandrucktransmitter. Das primäre Wartungsventil sollte möglichst nahe an der Seitenwand des Absorptionsturms liegen. Das Probenahmerohr sollte einen Winkel von etwa 60° zur Seitenwand einhalten, was die Ablagerung von Schlamm im Messrohr verringern und eine Verstopfung des Probenahmerohrs verhindern kann. Darüber hinaus sollte in der Nähe der Membran des Drucktransmitters eine Spülleitung installiert werden und die Membran, die Probenahmeleitung und das Wartungsventil des Drucktransmitters regelmäßig gespült werden, um einen reibungslosen Durchfluss der Messleitung zu gewährleisten. Der mit dieser Methode gemessene Flüssigkeitsstand des Absorptionsturms sollte nach der Formel H=(P/ρg)+h berechnet werden. In der Formel ist H der berechnete Wert des Flüssigkeitsstands, P der Druck, ρ die vom Massendurchflussmesser gemessene Schlammdichte, g die Erdbeschleunigung und h die Installationshöhe des Drucktransmitters. Der Massendurchflussmesser bei dieser Methode weist eine hohe Genauigkeit mit einer Genauigkeit von bis zu 0,2 % auf, was die Betriebsanforderungen des Entschwefelungssystems vollständig erfüllt. ； Kein gerader Rohrabschnitt erforderlich, einfach zu installieren ； Hohe Zuverlässigkeit und geringer Wartungsaufwand. Mit der Schlammabsaugpumpe wird der Schlamm im Absorptionsturm kontinuierlich zur Messung abgesaugt, wodurch die Echtzeitqualität der Messdaten gewährleistet wird. (2) Gerät 2 – Stimmgabel-Dichtemessgerät + Drucktransmitter-Messkreis. Bei dieser Methode werden jeweils ein Stimmgabel-Dichtemessgerät und ein Drucktransmitter an der unteren Seitenwand des Absorptionsturms installiert. Mit dem Stimmgabel-Dichtemessgerät wird die Dichte der Gülle gemessen, und mit dem Drucktransmitter wird der Druck am Boden des Güllebeckens gemessen, wie in Abbildung 3 dargestellt. Um die Zuverlässigkeit und Stabilität der Instrumentenmessung zu gewährleisten, sollte der Winkel zwischen dem Instrument und der Seitenwand des Absorptionsturms während der Installation bei etwa 60° gehalten werden. Gleichzeitig sollten Spülleitungen installiert werden, um das Probenahmerohr und den Sensor des Stimmgabel-Dichtemessgeräts regelmäßig zu spülen. Der Flüssigkeitsstand wird nach der Formel H=(P/ρg)+h berechnet. In der Formel ist H der berechnete Wert des Flüssigkeitsstands, P der Druck, ρ die Dichte der Aufschlämmung, g die Erdbeschleunigung und h die Installationshöhe des Drucktransmitters. http://www.tx7878.cn/d/file/jingyan/2019-05-30/26b559944d7e6b45183acebb97958de7.jpg Bei der Messung mit dieser Methode ist der Aufbau einfach, was die Geräteausfallrate und damit den Wartungsaufwand reduziert. Da die Sonde des Stimmgabel-Dichtemessgeräts jedoch in den Absorptionsturm eingeführt wird, kann kein Wartungsventil installiert werden. Wenn das Stimmgabel-Dichtemessgerät gewartet und repariert werden muss, muss es warten, bis das Entschwefelungssystem abgeschaltet und die Absorptionsturmaufschlämmung abgelassen wurde, bevor es zerlegt und zur Inspektion geschickt werden kann. Daher wird empfohlen, das Stimmgabel-Dichtemessgerät mit Redundanz zu konfigurieren, um die Zuverlässigkeit dieses Geräts zu erhöhen. Online-steckbare Kugelhahnkomponenten können auch individuell angepasst werden, um die Auswirkungen auf den Betrieb des Prozesssystems während der Gerätewartung vollständig zu eliminieren. http://www.tx7878.cn/d/file/jingyan/2019-05-30/0ca55a177cda412c93989779c65dce29.jpg (3) Gerät drei – Differenzdrucktransmitter + Messschleife des Drucktransmitters. Dieses Gerät verwendet einen Differenzdrucktransmitter, um die Dichte der Aufschlämmung zu messen, verwendet einen Drucktransmitter, um den Druck am Boden des Aufschlämmungstanks zu messen, und berechnet dann indirekt den Flüssigkeitsstand des Absorptionsturms mithilfe einer Formel, wie in Abbildung 4 dargestellt. Der Differenzdrucktransmitter verfügt über eine geteilte Membranstruktur. An den Seitenwänden des Absorptionsturms sind an geeigneten Stellen zwei Fernübertragungsmembranen angebracht (der Höhenunterschied wird in der Regel auf 3 bis 5 m geregelt). Die Membranen sind über Kapillarrohre mit dem Sendergehäuse verbunden. Bei normalem Betrieb des Entschwefelungssystems wird die Dichte der Aufschlämmung auf etwa 1120 kg/m3 geregelt. Wenn daher das Medium des Absorptionsturm-Schlammtanks von Prozesswasser zu normalem Kalkstein-Gips-Schlamm wechselt, steigen die Daten des Differenzdrucktransmitters von 29,4 kPa auf 32,9 kPa (der Membranhöhenunterschied ist auf 3 m ausgelegt). Der Änderungsbereich ist sehr gering, etwa 3,5 kPa. Wenn der Instrumentenbereich 50 kPa beträgt, macht der Änderungsbereich nur 7 % des Instrumentenbereichs aus, daher sollte ein hochpräziser Mikrodifferenzdrucktransmitter ausgewählt werden. Methode zur Dichteberechnung: Es wird ρ=ΔP/(gΔH) berechnet. In der Formel ist ρ der berechnete Wert der Schlammdichte, ΔP der Differenzdruck, g die Erdbeschleunigung und ΔH der Höhenunterschied zwischen den beiden Membranen des Differenzdrucktransmitters. Berechnungsmethode für den Flüssigkeitsstand: H=(P/ρg)+h wird berechnet. In der Formel ist H der berechnete Wert des Flüssigkeitsstands, P der Druck, ρ der berechnete Wert der Schlammdichte in der Dichteberechnungsformel, g die Erdbeschleunigung und h die Installationshöhe des Drucktransmitters. Wenn dieses Gerät zur Messung des Flüssigkeitsstands im Gülletank verwendet wird, ist der Aufbau einfach, die Differenzdrucktransmitter- und Drucktransmittertechnologien sind ebenfalls sehr ausgereift und zuverlässig und die Kosten sind niedrig. Um die Instrumentenmembran und die Probenahmeleitung regelmäßig zu spülen, müssen lediglich Spülleitungen installiert werden, sodass der Wartungsaufwand relativ gering ist. 3 Vergleich der Messgeräte Bei den oben genannten drei Gerätesätzen handelt es sich allesamt um häufig verwendete Absorptionsturm-Flüssigkeitsstandmessgeräte in aktuellen Entschwefelungssystemen, und jeder hat seine eigenen Vor- und Nachteile. (1) Der in Gerät 1 verwendete Massendurchflussmesser weist eine hohe Genauigkeit, gute Stabilität und gute Datenwiederholbarkeit auf. Daher ist der Dichtewert der gemessenen Aufschlämmung äußerst zuverlässig, was die Gesamtgenauigkeit des gesamten Flüssigkeitsstandmessgeräts verbessert. Es war weit verbreitet, als die Entschwefelungstechnologie erstmals im Land eingeführt wurde. Allerdings ist das Gerät selbst komplex aufgebaut und nutzt spezielle Messleitungen, Pumpen und eine Vielzahl von Ventilen, was die Fehlerquellen des Gerätes und den Wartungsaufwand erhöht. * * Zunahme. (2) Gerät 2 hat gegenüber Gerät 1 einige Verbesserungen vorgenommen, vor allem durch den Wegfall der speziellen Dichtemessleitung und die Installation des Dichtemessgeräts direkt an der Seitenwand des Absorptionsturms. Die Dichtemessung erfolgt mit einem hochpräzisen Stimmgabel-Densitometer. * * Das Messgerät wird vereinfacht. Der Nachteil besteht darin, dass es derzeit nur wenige Hersteller von Stimmgabel-Dichtemessgeräten gibt, die für Entschwefelungsbedingungen geeignet sind, und der Preis relativ hoch ist. ； Darüber hinaus gibt es kein passendes Online-Wartungsventil und es besteht die Gefahr, dass das Prozesssystem während der Überprüfung des Geräts abgeschaltet werden muss. (3) In Gerät drei wird ein kostengünstiger Differenzdrucktransmitter verwendet, um den teuren Massendurchflussmesser und Stimmgabel-Dichtemesser zu ersetzen. Durch eine angemessene Auswahl und Installationsgestaltung können auch die Anforderungen zur Messung der Dichte der Aufschlämmung erfüllt werden, sodass sie in einigen Entschwefelungsgeräten anwendbar ist. Da sich außerdem die Dichte der Aufschlämmung im Absorptionsturm tatsächlich mit der Änderung des Flüssigkeitsspiegels und der Verteilung der oxidierten Luft ändert, kann die Messung der Dichte auf einer bestimmten festen Höhe des Absorptionsturms nicht wirklich die Dichte des gesamten Aufschlämmungsbeckens widerspiegeln. Da die beiden Membranen des Differenzdrucktransmitters weit voneinander entfernt sind, ist der berechnete Dichtewert der Durchschnittswert innerhalb des Höhenbereichs, der theoretisch näher am wahren Dichtewert im Güllebecken liegt. Der Mangel dieses Gerätes liegt auch in der Einbaulage der beiden Membranen des Differenzdrucktransmitters. Wenn der Flüssigkeitsstand unter der hochdruckseitigen Membran liegt, zeigt der Differenzdrucktransmitter Null an, sodass der berechnete Dichtewert ρ und der berechnete Flüssigkeitsstandswert H beide Null sind, was nicht die tatsächliche Situation des Flüssigkeitsstands widerspiegeln kann. ； Wenn der Flüssigkeitsstand zwischen den Membranen auf der Hoch- und Niederdruckseite liegt, steigt der berechnete Dichtewert ρ mit steigendem Flüssigkeitsstand allmählich an, ist jedoch allesamt kleiner als der tatsächliche Dichtewert der Aufschlämmung, sodass der berechnete Flüssigkeitsstandswert H keinen Referenzwert hat. Erst wenn der Flüssigkeitsspiegel über die Membran auf der Niederdruckseite steigt, gelten die Berechnungsergebnisse dieses Geräts als normal. Da der Höhenunterschied zwischen den beiden Membranen etwa 3 m beträgt und die hochdruckseitige Membran etwa 1 m vom Turmboden entfernt ist, beträgt die Messblindzone dieses Geräts etwa 4 m. Es wird empfohlen, bei einem Flüssigkeitsstand im Blindbereich eine entsprechende Datenverarbeitung im DCS- oder SPS-Steuerungssystem durchzuführen, um die berechneten Daten so nah wie möglich an die reale Situation zu bringen, und die manuellen Inspektionen zu verstärken, um die Mängel des Steuerungssystems auszugleichen. Der Flüssigkeitsspiegel der Entschwefelungsanlage beträgt im Normalbetrieb ca. 10 m, sodass dieses Gerät noch für die Arbeitsbedingungen der Entschwefelungsanlage geeignet ist. 4 Schlussfolgerung Zusammenfassend lässt sich sagen, dass jedes Entschwefelungsgerät nach einem umfassenden Vergleich auf der Grundlage seiner eigenen unterschiedlichen Bedingungen, wie z. B. dem technischen Niveau des Bedieners, den Arbeitsintensitätsanforderungen des Bedieners und den Auswirkungen des Ausfalls des Entschwefelungssystems auf andere Prozesssysteme, das geeignete Absorptionsturm-Flüssigkeitsniveaumessgerät auswählen sollte, um sichere, stabile, wirtschaftliche und praktische Ergebnisse zu erzielen.