1 引言

    在現代生產過程中，自動化就是通過過程檢測儀表獲取、轉換、顯示、傳送各類信息（物料的溫度、壓力、流量、組分，靜止設備的物位、界面，轉動設備振動的振幅、速度、加速度、轉速、位移等），再經過程控制系統（DCS、ITCC等）處理后發出指令，控制調節閥等。生產過程自動化的目的就是使工藝參數保持在需要的數值上，設備處于*工作狀態。就過程檢測儀表和調節閥而言，它們好比人的“五官”和“四肢”。如果對控制參數不能有效準確的檢測和調節，控制就成為無源之水、無本之木。

    進入21世紀以來，以雷達液位計和迷宮閥為代表的新型過程檢測儀表和調節閥技術發展日趨成熟，應用愈加廣泛，尤其是在化工裝置上應對和解決各種復雜、惡劣、關鍵的工況中，取得了顯著的效果。

    2 雷達液位計

    2.1 測量原理

    如圖1所示，以纜式導波雷達液位計為例，其測量原理是基于時間行程，即儀表測量從參考點（儀表過程連接處）到液位表面的距離：探頭發出高頻雷達波并沿纜繩傳播，當雷達波遇到液位表面時反射回來被儀表內的接收器接收，由于信號頻率在改變，回波與信號發射瞬間相比，其頻率稍有不同。該頻率差正比于至液面的距離，并且可地計算，由此測得液位高度值。

圖1 雷達液位計測量原理示意圖

    2.2 結構特點

    1）與介質密度、溫度、壓力等因素無關，測量精度高且應用廣泛；

    2）無移動部件，可靠性高且可實現免維護；

    3）根據設備要求可以選擇多種安裝方式，靈活適應性強；

    4）可采用液晶表頭、手持智能終端、以及電腦軟件等多種方式進行參數組態，調試方便；

    5）采用軟件可以完成對儀表的組態、數據保護、信號分析、文件處理等功能，分析診斷功能強大；

    6）電子部件均集成在顯示表頭，可以在線拆卸、互換，維修方便。

    2.3 應用案例

    在化工生產裝置中，主要應用于4種典型工況。

    2.3.1 液氨儲罐

    2.3.1.1 工況概況

    實際案例為合成氨裝置液氨儲罐120-F，高約23m，內徑約21m的立式圓柱儲罐，設計容量為5000m3的液氨，設計溫度為-33.3℃，設計表壓為0.07MPa（氣相層）。

    該氨罐過去采用鋼帶式液位計進行就地顯示（后因磨損嚴重、故障頻繁、修復費用高，現已停用），并采用差壓變送器和外測式液位計將液位測量信號引入DCS進行顯示、后增設雷達液位計，其信號引入DCS顯示，同時引入ESD，與差壓變送器測量信號構成2oo2的邏輯表決進行液位高低聯鎖保護。

    2.3.1.2 選型和安裝

    采用E+H公司的纜式智能HART導波雷達液位計（FMP40型），過程接口法蘭為DN40，壓力等級為PN40，材質為316L，纜繩長23.5m，直徑6mm，材質為316，配分離型顯示表（安裝在儲罐地面上，電纜長約30m），測量范圍為20m。

    該雷達液位計安裝在氨罐頂部，纜繩頂端安裝一DN150×2m的短管，并用對中環進行限位約束，底端探頭采用螺栓固定在罐體內底部并接地。

    2.3.1.3 使用效果

    該雷達液位計于2006年3月份系統大修期間氨罐清洗時安裝并投用，其測量信號引入DCS進行顯示和報警，同時還引入ESD進行聯鎖保護，使用至今測量穩定、正常、可靠、準確，2011年顯示表頭故障而更換過，基本屬于免維護狀態。

    2.3.2 鍋爐汽包

    2.3.2.1 工況概況

    實際案例為快鍋裝置鍋爐汽包，設計溫度為370℃，設計表壓為3.85MPa（氣相層）。

    該汽包過去采用電極式液位開關、浮子開關和差壓變送器進行測量、報警和聯鎖，后取消電極式液位開關，增設桿式導波雷達液位計，采用2oo3邏輯表決方式進行液位低低聯鎖保護。

    2.3.2.2 選型和安裝

    采用Rosemount公司的智能HART桿式導波雷達液位計（3301HTHP型），過程接口法蘭為DN50，壓力等級為ANSI600#，材質為316，導波桿長800mm，直徑6mm，材質316，測量范圍為500mm。該高溫高壓型雷達液位計的溫度－壓力曲線關系如圖2所示。

    該雷達液位計安裝在旁通測量筒內，在導波桿尾端用對中環進行限位約束。

圖2 Rosemount3301系列HTHP型溫度－壓力曲線圖

    2.3.2.3 使用效果

    該雷達液位計于2007年6月份系統大修期間安裝并投用，使用至今測量穩定、正常、可靠、準確，未曾檢修。

    2.3.3 真空罐體

    2.3.3.1 工況概況

    實際案例為尿素裝置CO₂壓縮機表面冷凝器905-C，設計溫度為48℃，設計表壓為-85kPa（氣相層）。

    該氨罐過去采用氣動浮筒式液位計進行測量，由于不能在高真空工況下正常使用，后將其改為雷達液位計，測量信號引入DCS進行顯示、報警和聯鎖。

    2.3.3.2 選型和安裝

    采用E+H公司的智能HART纜式導波雷達液位計（FMP40型），過程法蘭接口為DN50，壓力等級為ANSI150#，材質為316，導波桿長560mm，直徑6mm，材質316，測量范圍為550mm。

    該雷達液位計安裝在直徑為2″的旁通測量筒內，過程接口為1－1/2″，在導波桿尾端用對中環進行限位約束。

    2.3.3.3 使用效果

    該雷達液位計于2008年8月份系統大修期間安裝并投用，使用至今測量穩定、正常、可靠、準確，未曾檢修。

    2.3.4 結晶介質

    2.3.4.1 工況概況

    實際案例為尿素裝置S403/404液位測量，介質為尿液，設計溫度為168℃，設計表壓為1.85MPa（氣相層）。

    該氨罐過去采用雙法蘭液位變送器進行測量，由于結晶嚴重、測量不準，后改為桿式導波雷達液位計。

    2.3.4.2 選型和安裝

    采用E+H公司的智能HART桿式導波雷達液位計（FMP41C型），過程法蘭接口為DN50，壓力等級為ANSI300#，材質為316L，導波桿長1550mm，直徑6mm，材質316L，測量范圍為1300mm。

    該雷達液位計安裝直徑為3″的旁通測量筒內（夾套式蒸汽伴熱保溫），過程接口為1－1/2″，在導波桿尾端用對中環進行限位約束。

    2.3.4.3 使用效果

    該雷達液位計于2009年5月份系統大修期間安裝并投用，2011年因導波桿與顯示表頭密封問題，出現介質滲漏，導致同軸接頭絕緣下降和電子部件腐蝕，后對密封整改后運行正常，使用至今測量穩定、正常、可靠、準確，基本屬于免維護狀態。

    3 迷宮閥

    在化工裝置中，具有很多高壓差、高流速等嚴峻工況，存在氣蝕、閃蒸等因素對調節閥產生巨大破壞，采用如迷宮閥這類的多級降壓閥內件結構調節閥，可以有效地解決此類問題，并可獲得較大經濟效益。

    3.1 結構特點

    針對降低壓差和流速兩大關鍵因素，迷宮閥的盤片內件結構原理如圖3所示。其特點有：

    1）采用若干片具有迷宮流道的碟片堆疊而成，每塊碟片上的迷宮流道加工成多級直角彎，逐級分解高壓差，無論閥門開度多少，都能使流體通過每個通道的流速均限制在30m/s以下；

    2）其入口到出口呈由小變大設計，有效避免介質顆粒雜質進入流道而發生堵塞；    

    3）迷宮盤片一交替式層疊，下層盤片出口流體把上層向下流動介質速度相互降低；

    4）每一盤片內圓周出口處都有堰，使四周壓力平均，下層盤片出口流體不會直接沖擊在閥座上。

a）疊層迷宮盤片

b）迷宮流道

圖3 迷宮盤片結構

    3.2 應用案例    

    自2002年以來，公司陸續使用了大批迷宮閥應用于各種惡劣工況，取得了良好的效果和經濟效益，下面例舉放空工況和氣蝕工況典型案例進行闡述。

    3.2.1 放空工況

    3.2.1.1 工況概況

    實際案例為合成裝置106-D入口工藝氣放空閥PICV－5，管道尺寸為12″，介質為工藝氣，設計溫度為318℃，閥前設計表壓為2.5MPa，閥后表壓為0.2MPa，zui大流量為120t/h。

    該放空閥過去采用氣動薄膜直通單座閥，由于泄漏量大、閥內件磨損嚴重，后改為迷宮閥。

    3.2.1.2 選型

    采用CCI公司的雙作用氣缸直通單座迷宮閥（100D型），公稱通徑為10″，壓力等級為ANSI300#，迷宮碟片采用410SS材質，泄漏等級為MSS－SP－61（零泄漏）。

    3.2.1.3 使用效果

    該迷宮閥于2002年12月份系統大修期間調試后，進行了泄漏試驗，達到零泄漏標準，安裝投用后，又進行了現場閥前后溫度差的測量，*要求。在以后的每次大修期間，均進行了泄漏試驗，都達到零泄漏標準，使用至今未進行過閥內件的檢修。

    該迷宮閥調節精度高、動作靈敏、泄漏量極低。據考核統計，該閥較以前節省的合成氣損失每年約430萬方，增加經濟效益約250萬元，不到一年就可收回采購成本。

    3.2.2 氣蝕工況

    3.2.2.1 工況概況

    實際案例為合成氨裝置1101－E液位調節閥LV－91C，管道尺寸為18″，介質為AMDEA溶液，設計溫度為85.4℃，閥前設計表壓為2.75MPa，閥后表壓為0.97MPa，zui大流量為976t/h。

    該放空閥過去采用氣動薄膜直通雙座閥，由于該工況存在典型的氣蝕破壞，閥內件沖刷嚴重，泄漏量大、故障率高，無法滿足工藝要求，后改為迷宮閥。

    3.2.2.2 選型

    采用CCI公司的雙作用氣缸直通單座迷宮閥（100D型），公稱通徑為8″，壓力等級為ANSI300#，迷宮碟片采用316SS表面硬化處理材質，泄漏等級為CLASSIV。

    3.2.2.3 使用效果

    該迷宮閥于2006年3月份系統大修期間調試安裝投用，在以后的每次大修期均進行了檢查，都達到IV級泄漏標準，使用至今閥內件完好，未進行過檢修。

    4 結束語

    有了雷達液位計和迷宮閥這類新型現場儀表，還須在選型、安裝、調試等諸多方面入手，才能使其充分發揮作用，zui終達到滿意的效果。下面就這兩類新型現場儀表在實際應用中的注意事項分別作一總結。

    4.1 雷達液位計

    4.1.1 選型

    根據介質理化特點選擇不同類型的天線型式，如接觸式還是非接觸式，是否采用高溫高壓式，導波傳輸采用纜式、單桿式、雙桿式，還是同軸式。例如：對于汽包鍋爐液位測量，推薦選擇同軸式，以克服汽包氣相層的飽和蒸汽對測量的影響。

    4.1.2 安裝

    根據設備的特點采取不同的安裝方式，如直接在設備上開孔安裝，還是采用旁通測量筒安裝，對于直接安裝在設備內，要注意避開影響雷達波反射傳輸的攪拌器、容器壁等；對于旁通測量筒安裝，要考慮是否伴熱，以及加裝對中環等措施。

    4.1.3 調試

    調試過程中要注意上下盲區的設置、容器形狀的選擇，是否接地，以及空罐時的響應曲線的匹配操作，推薦在筆記本電腦上采用軟件進行調試，直觀明了且能獲取信號波形圖。

    4.1.4 故障處理

    由于雷達液位計只有表頭是電子部件，因此一般故障都出在此處，確診其故障后，用同型號的表頭直接在線更換即可。此外，還應注意連接導波桿的同軸接口，其絕緣一定要合格。

    4.2 迷宮閥

    4.2.1 選型

    提供給制造商進行計算選型前，一定要確保工藝條件和參數的完整性和正確性，因為選擇迷宮閥都是具有高壓差、高流速、密封等級高等惡劣而苛刻的工況場合，伴隨而來的一般都有阻塞流現象。

    4.2.2 調試

    在安裝前一定要進行泄漏試驗，合格后方能進行管道安裝，若泄漏試驗不合格，除了重新調校外，還要注意檢查閥桿閥芯是否偏心，比如PIC－5就是因為運輸過程中發生了偏心，松動上閥蓋后重新自然對中安裝，泄漏試驗便合格。

    4.2.3 安裝

    雖然迷宮閥碟片的迷宮流道在設計時考慮了防堵問題，但是在實際應用中仍要做好防范措施，首先是盡可能在上游管道加裝機械過濾器，其次若有旁路閥的情況下應使迷宮閥安裝在旁路閥的上方，zui后在安裝上管道之前應對管道進行吹掃合格。

    4.2.4 故障處理

    一般來說，迷宮碟片不容易損壞，出故障一般都是有顆粒雜物堵塞流道，清除時要注意采取反向吹除；此外，若工藝未反映有問題，盡量不要打開閥內件檢查，僅作整閥泄漏試驗即可，否則打開閥內件再重新裝配后，會增加新故障機率。