高圧磁気フロート式液面計の魯南化学アンモニア洗浄塔での応用

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この投稿は最終的にadmin2によって2019年7月5日14時44分に編集されました。著者：楊任三、張翼飛、劉德海（山東魯南化学工業集団公司、山東省滕州市）。本文の転載に際しては、著作権を明記してください。 過去、当社のアンモニア洗浄塔の液面測定には電動式III型フロート式液面計が使用されていましたが、現場の機器の振動が激しいため、この計器の耐震性が低く、頻繁に測定誤差が生じていました。さらに、現場での液面表示がないため、液面計の調整はすべて経験に頼るしかなく、下限はゼロ位置に、上限は満杯位置に設定されていました。これにより、化学プラントの操作員や計器保守担当者に多くの不便をもたらし、人命や設備の安全を脅かし、生産の安全かつ長期間の運転を妨げていました。 上記の問題を解決するため、現地での液面指示機能と遠隔送信機能の両方を備えた高圧マグネットフロート式フラップ型液面計の採用が、検討の結果決定されました。総合的な比較の結果、最終的に淮安三畅計器工場が開発・製造したUHC高圧電気遠隔式磁気フロート式レベル計が採用されました。 1　磁気浮上式液面計の構造および動作原理 1.1　計器の構造 UHC高圧磁気浮上式フラップ型液面計の構造は図1に示されている。液面計の本体は、内径50mm、壁厚10mmの溶接なしステンレス管であり、本体の側面には装置の気相用および液相用フランジに溶接された2本の短い管とフランジがある。また、本体のすぐ外側にはリフトゲージボックスと磁気－電気変換センサーが取り付けられている。 表体の上部には洗浄用の穴があり、計器本体の管やフロートを洗浄するために使用される。 下部は排泥バルブに接続されたフランジと排泥バルブで、主にフロートや計器本体の排泥のために使用される。 表体の管腔内には磁気フロートが装着されている。 1. 2　動作原理 高圧磁気浮上式フラップ式液面計は、測定対象の容器と接続されて連通器を形成するため、計器内の液面は測定対象容器の液面と完全に一致し、磁気浮上子は計器内の液体表面に浮かんでいる。 時計の外側に直接、フリップボックスと磁気・電気変換センサーが取り付けられている。フリップボックス内のフリップポストの一方は赤色で、もう一方は緑色であり、ポストの内部には円筒形の磁石が入っている。測定対象の容器内の液面が変化すると、フロートは液面の上下に合わせて浮き沈みします。 磁気浮上子の薄壁円筒内には磁石リングが装着されている。 磁気的な結合作用により、同極は反発し、異極は引き合うため、リング状の磁石がフリップボックス内のフリップ板を同期して回転させ、色を変える。赤色は気相を、緑色は液相を示し、したがってフリップボックスのフリップ板を反転させることで、その場での液面計測が可能になる。 同時に、磁気・電気センサーは磁気フロートの位置変化を検出することで4～20 mA DCの標準信号を出力し、液面の遠隔表示、記録、アラーム連動、および液面の自己調整を行います。 http://www.huoyumi.com/d/file/news/industry/2018-05-29/b001889afd804dbb9b9fcf70160a5c49.jpg 磁気浮子は、高圧磁気浮子式フラップ式液面計の核心部品であり、その構造は図2に示されている。 http://www.huoyumi.com/d/file/news/industry/2018-05-29/e3a8ff48d6ce2146aed71bad5acc0c37.jpg 磁気浮子とは、特殊な材料で作られた薄壁の円筒形構造を持つ浮子です。浮子の内側の中央上部には磁気物質があり、浮子の内外を繋ぐためのごく小さな隙間や穴が設けられています。これは圧力補償型の浮子で、非常に高い圧力にも耐えることができ、筒体の内外の圧力を自動的に補償し、バランスを保つ機能を持っています。 圧力が互いに相殺される段階では、フロートの内部と外部がつながっているため、内部と外部の間に圧力差はあるもののそれほど大きくない。圧力が均衡する段階では、フロートの内部と外部の圧力差はゼロとなり、そのためフロートは任意の圧力に耐えることができる。 磁気浮上式液面計が使用できない場合：(1) 測定対象媒体の密度 < 0.35 g/cm³；(2) 測定対象媒体の粘度 > 0.02 Pa·s；(3) 測定対象媒体が汚れている場合。 2　計器の取り付け、運転開始および調整 2.1　計器の取り付けは、説明書に記載された要求事項に厳密に従って行い、以下の点に注意すること。（1）この計器は磁気誘導の原理で動作するため、計測精度を保ち外部からの干渉を排除するために、液面計の100mm範囲内には磁気を持つ材料を置いてはならない。 (2) 指示計の本体軸線は地面に対して垂直でなければならず、誤差は≤3°でなければならない。そうでない場合、フロートは液面の変動に応じて正常に浮かばず、測定の精度に影響を与える。 (3) 被測定容器の気相側および液相側の接続部には、信頼性の高い遮断弁を必ず設置しなければならない。 (4) 液面計の重量が大きいため、別途耐荷重支持材を設置する必要がある。 2.2 計器の運転開始には2つの状況があり、常圧での運転開始と加圧下での運転開始がある。常圧での運転開始では、計器の気液両用遮断弁を開けるだけで、計器内に適切な液面が形成され、システムは加圧して運転を開始できる。圧力のまま運転を開始する手順：(1) 排污弁を開ける。(2) 気相弁を少し開けると、排出口から空気が漏れる音がする。(3) 排污弁を閉じると、タンク内から「シューシュー」という音がする。(4) 音が止んだら、ゆっくりと気相弁を完全に開ける。(5) 液相弁をゆっくりと開けると、フラップボックス内のフラップが下から上へと順番に回転し、色が赤から緑に変わっていくのが見える。 フリップ板がもはや反転しなくなったとき、フリップ板ボックスの赤と緑の境界が、装置内の実際の液面となります。 同時に表示される計器にも、対応する液面指示があります。 2.3　検証方法　磁気フロート式液面計は現場で調整が可能であり、具体的な方法としては気相用および液相用の切替バルブを閉じ、計器本体の上部にある洗浄口を開ける。これによりフロートボックスを利用して液面を表示することもできるし、また排泥バルブの出口に三通管を接続し、一方の端をガラス管に接続して液面計とし、もう一方の端を排水用に使用することもできる。 検証時は、洗浄口からゴムホースを挿入し、タンクの内壁に沿ってゆっくりと清水を注入する。液面の表示に従い、上昇行程（0～100％）の検証が終わったら、排液弁からゆっくりと水を抜き、次に下降行程（100％～0）の検証を行う。その後、水を加えてさらに検証を続け、通常は2、3回繰り返せば検証が完了します。 3　計器の排汚およびよくある故障の対処法
UHCシリーズの磁気浮子式フロート式液面計には排汚弁が備わっている。測定対象の媒体が汚れていると、浮子の計器内での上下動に影響を与え、深刻な場合には浮子が詰まってしまい、液面の測定が不正確になったり、全く測定できなくなったりする。 したがって、実際の状況に応じて定期的な排出規制制度を策定する必要がある。 計器の運転中に排汚を行う際は、まず操作員と連絡を取る必要があります。液面計と一緒に使用されている調整器を手動モードに切り替えたり、液面計と一緒に使用されている信号連動装置を停止させた後でなければ、排汚を行ってはなりません。排汚バルブをゆっくりと開き、清液が排出されたらバルブを閉じて、計器を再び運転開始します。 よくある故障とその対処法は表1をご覧ください。
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計器の運用状況についてですが、1997年4月にシステムの大規模な修理が行われた後、計器が稼働を開始しました。その稼働状況は以下の通りです：
(1) 計器による測定値は概ね安定しており、液面調整も正常に行われています。調整記録の曲線は、一般的に設定値の±2％の範囲内で変動しています。 (2) 1997年6月、運転員が操作規程に従って操作しなかったため、アンモニア洗浄塔の液面が満杯の状態でシステムが昇圧して起動し、その結果フロートに水が入り、フロートが潰れてしまった。 フロートを交換してから、現在まで正常に動作しています。 液面計の現場表示および変換送信ユニットは測定対象媒体から完全に隔離されているため、磁気フロートボックスや磁気・電気変換センサーを現場で交換することができます。 しかし、液面計の現場表示および遠隔表示は、いずれも磁気フロートが液面の上下動に合わせて同期して上下に動くことによって行われるため、フロートに故障が発生すると、液面計の現場表示および遠隔表示が同時に機能しなくなり、液面が制御不能になってしまいます。UHCシリーズの高圧磁気浮子式液面計は、構造がシンプルでメンテナンスが容易、価格が安く、安全かつ信頼性が高く、メンテナンスの必要も少ないという特長を持っています。浮子の故障によって現地表示と遠隔表示の両方が同時に機能しなくなるという問題さえ解決できれば、この計器はさらに広範囲にわたって利用される可能性があります。