基于密度法的一种氨水浓度计
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摘 要 本氨水浓度计主要采用一台差压变送器,通过测量一定高度氨水的重力,利用dcs系
统换算出相应密度,并通过自动查表方法获取氨水浓度。该方法原理简单,操作方便,投入
小,测量准确度较高。
关键词 氨水浓度计;密度法;dcs系统;差压变送器;自动查表
中图分类号 tb2 文献标识码 a 文章编号 1674-6708(2016)170-0155-02
河南晋开化工投资控股集团有限责任公司是河南省百强企业,公司总氨生产能力260万
吨/年,尿素生产能力210万吨/年,复合肥生产能力100万吨/年,植物营养液生产能力100
万吨/年,是国家级高新技术企业,建有省级企业技术中心,拥有目前国内最大的4×300kt/a
航天粉煤加压气化炉,其所掌握的航天粉煤加压气化技术处于全国行业前列。
1 密度法测氨水浓度原理
在实际测量过程中,使用差压变送器测量一定高度的氨水液柱的压力p,由于g(重力加
速度)和h(液柱高度)值已知固定值,根据p=ρgh,ρ=p/gh,很容易得到ρ值,进而查表
得到氨水浓度。随着自动化系统的不断发展,功能逐步强大,应用越来越方便,使用领域也
越来越广泛,尤其是在化工企业中,先进的dcs系统得到广泛应用。利用差压变送器测量的
压差值引入到dcs系统中,利用dcs系统输入相关的计算公式,快速计算出氨水密度,再利
用其自动查表功能,可以直接方便的得到测量结果。
2 氨水浓度计的提出
我公司为合成氨生产单位,在合成氨生产过程中,合成装置放空气体中含有部分气氨。
在早期合成氨企业中,未对这部分氨气进行回收,既浪费了资源,又对环境造成了一定的污
染,对企业员工身体造成一定损伤。同时,氨具有一定的腐蚀性,空气中含有过量的氨也会
对生产设备造成一定的腐蚀。随着环保要求与环保意识的不断提高,为了减小环境污染并回
收排放氨气,我公司新增了一套气氨回收装置。该气氨回收装置主要工作原理利用水溶解吸
收氨气,就在气体放空管线中增加一个吸收塔,该塔为板式塔,中间有塔板,在塔板顶部加
入喷淋脱盐水,排放气体从塔底进入,经过喷淋脱盐水充分吸收后,其他不易溶于水的气体
组分从塔顶排放。脱盐水吸收气氨后形成一定浓度的氨水。生产出的低浓度氨水用于锅炉烟
气脱硫、脱硝系统。为提高烟气脱硫效率,满足环保要求,需要对加入氨水量进行精确控制,
除了需要计量氨水流量外,还需要监控氨水浓度,因此提出增加一台氨水浓度计,用于实时
监控、调整氨水浓度。
3 氨水浓度计结构设计与安装
在明确了密度法测量氨水浓度原理后,需要确定差压变送器的选型、安装位置、安装方
式。为确保测量的准确性,应选取温度相对恒定、流速稳定、无气泡干扰、无振动等因素影
响的直管段。因此,选取氨水外送管线中的一段竖直管道,平行增加一段分支管线。在制作
管线时,使氨水流入、流出分支管线与主管道有约60°斜角,其主要作用有两个方面:1)
主管道与分支管线保持一定斜角,保证氨水可以流入支管,且整体管道中无90°直角管路,
不会形成流体死角,使得支管段介质能够及时更新,避免因支管段介质不流通或流通缓慢造
成测量偏差或滞后;2)支管段流速低于主管道,流体特性稳定,无气泡干扰,便于测量。差
压变送器安装如图1所示。
支管段及差压变送器正负导压管采用不锈钢材质,避免氨水腐蚀,保证管线及仪表可以
长周期使用。
4 差压变送器选择与设置
为了便于测量方便,差压变送器两取压口距离设计为h=1 020mm,据查开封地区g=9.8n/kg。
由于氨水密度小于水的密度,因此,压力变送器量程设置最大值应为氨水浓度为0时即管道
里全为水时的压差值,即:
△p=ρ水gh=1000kg/m3×9.8n/kg×1 020mm= 10000n/m2=10kpa
由于氨水浓度测量管线短,两取压口压差值为10kpa,在变送器选型上,选择一种低压
差的变送器即可满足使用要求。通过对比各型差压变送器,最终选用横河
eja110a-dms5a-27dc/ns1型差压变送器。该型变送器最大测量范围为-100~100kpa,满足本
密度计测量要求,同时该型变送器价格低,测量精度较好。
5 程序组态
完成差压变送器安装后,对软件部分进行组态。在仪表检测回路中,差压变送器将正负
两端差压值转换成4~20madc电流信号,通过仪表电缆外送至dcs系统,其送出的4~20madc
信号,对应压差值0kpa~10kpa,且电流信号与压力呈线性关系。因此,压差值△p可直接通
过传送的电流数据i转换获得,即:
△p/10=(i-4)/(20-4)
△p=10×(i -4)/(20-4)
又由于△p=ρgh
得出:ρ=△p/(gh)
6 使用效果
7 结论
化工企业中使用众多各种仪表,仪表类型不同其测量原理不同。在进行仪表选型、设计
时,根据被测介质不同,选择合适的测量仪表。在掌握不同仪表的测量原理后,可以根据实
际应用要求,对现有仪表进行简单研究改造,既可以解决使用需求,同时也为公司节省设备
开支,还可以提高技术人员综合技术水平,对企业发展起到一定的推动作用。