摘 要 以尿素精餾塔為對象，結合其生產工藝特點，深入剖析了雙法蘭差壓變送器在液位測量中波紋膜片損壞的具體原因，并提出有針對性的改進措施，提高了液位測量的準確性，延長了變送器的有效使用壽命。
在某公司汽提法尿素生產工藝中，精餾塔是一個非常重要的設備，其主要作用是在一定的溫度( 135 ～ 178℃ ) 和壓力( 0． 4MPa) 下，將甲銨液進一步分解脫水生成尿素。但由于尿素、甲銨液介質易結晶、易固化等原因，廣泛使用雙法蘭帶毛細管的差壓變送器( 以下簡稱雙法蘭差壓變送器) 來測量壓力和液位［1］。由于受被測介質高溫、高壓及強腐蝕等工況的影響，這些雙法蘭差壓變送器易損壞，在精餾塔上的使用壽命都不長，#短的僅有幾個月，對生產裝置的安全運行極為不利。曾經(jīng)發(fā)生過因雙法蘭差壓變送器故障，長時間輸出滿偏的假液位信號，自調回路中的調節(jié)閥全開，將精餾塔液位排空導致設備竄氣的生產事故。目前還沒有更好的手段來代替這種檢測方式，為保證裝置正常運行，筆者對雙法蘭差壓變送器損壞原因進行分析，并提出解決措施。
1 雙法蘭差壓變送器損壞原因剖析
1． 1 故障現(xiàn)象
該公司尿素精餾塔的液位測量都采用雙法蘭差壓變送器，但經(jīng)過長短不等的運行時間，雙法蘭差壓變送器都會出現(xiàn)大致相同的故障現(xiàn)象: 儀表指示滿偏、指示不準或指示波動變化大等問題。所以每年大修時，都要拆檢精餾塔雙法蘭差壓變送器。經(jīng)檢查，幾乎無一例外地都會發(fā)現(xiàn)，雙法蘭差壓變送器的氣相波紋膜片已損壞，要么變薄破裂，填充液滲漏，要么只剩法蘭體，波紋膜片不知去向，但液相波紋膜片卻完好無損。
1． 2 氣相膜片損壞的原因
#初懷疑是變送器膜片的質量問題，更換不同的知名變送器品牌( EJA、ABB、ＲOSEMOUNT)和材料( 316L、哈氏合金及鉭材等) ，但結果還是出現(xiàn)相同的現(xiàn)象: 氣相膜片損壞，液相膜片完好。于是筆者研究了雙法蘭差壓變送器氣相與液相的工況區(qū)別，氣相法蘭安裝在精餾塔分離器上部，液相法蘭安裝在分離器下部，當分離器滿液時，兩者都被甲銨液尿素熔液所浸沒，非常好的區(qū)別就是液面高度不同而產生的壓力差，生產過程中，有可能會出現(xiàn)滿液的情況，這也屬于正常工作范圍。當液面下降，低于氣相法蘭時，一方面液面波動的沖擊力會使氣相膜片變形更大，另一方面甲銨液和尿素熔液很容易在氣相膜片上形成結晶并硬化，堅硬的結晶物會損傷膜片，同時氣相比液相溫度更高，腐蝕也更嚴重，膜片減薄也就更快，而膜片是感壓元件，其厚度一般在 0． 4 ～ 0． 5mm，如果被測介質有很強的腐蝕性，即使選用合適的防腐蝕材料做膜片，經(jīng)過長時間使用，膜片的鈍化層會被破壞，腐蝕也是無法避免的，再加上高溫高壓介質長期沖刷，膜片會越來越薄，#終膜片就很容易破裂，填充液也會滲漏掉，氣相膜片也就不能準確靈敏地測量氣相的壓力變化了。而雙法蘭差壓變送器液相法蘭安裝在分離器下部，膜片一直浸沒在液體中，沒有結晶也沒有液面波動的沖擊力和沖刷腐蝕，溫度也比氣相低了近 40℃，其減薄的速度相較氣相來說很緩慢，可以正常使用很多年而不損壞。
2 改進措施
通過以上分析，總結雙法蘭差壓變送器氣相膜片損壞的三大根本原因是:
a． 高溫介質甲銨液尿素熔液的強腐蝕性;
b． 甲銨液和尿素易結晶固化;
c． 分離器內液面波動的沖擊力和沖刷作用。針對這 3 點原因，筆者分別采取相應的措施加以改進。
用聚四氟乙烯膜保護膜片，減緩介質對氣相膜片的腐蝕。在新雙法蘭差壓變送器安裝之前，用厚度為 0． 2mm 的聚四氟乙烯膜，按變送器法蘭的直徑尺寸剪一塊圓形的膜備用，然后在氣相膜片上均勻涂抺一點高溫潤滑脂，再把備用的圓形聚四氟乙烯膜松馳無張力的貼到氣相膜片上，這樣就隔絕了介質跟氣相膜片的直接接觸，可有效地減緩介質對波紋膜片的腐蝕。
用蒸汽冷凝液消融氣相膜片上的結晶物。雙法蘭雙法蘭差壓變送器的膜片是感壓元件，只有保持膜片因壓力變化而產生自由形變的特性，變送器才能正常工作。但在尿素精餾塔的工況下，氣相膜片上很容易形成甲銨和尿素的結晶物，若不及時消融，隨著時間的推移，結晶物會越結越多并固化，嚴重阻礙膜片對壓力的傳導，毛細管雙法蘭變送器也就無法正常準確地測量液位的變化了。為此，選用316L 材料的不銹鋼板加工了一個厚度為 18mm，內直徑比氣相膜片稍大的過渡環(huán)，在其正上方開一個8mm 的導淋孔，其尺寸圖如圖 1 所示。在安裝雙法蘭差壓變送器氣相法蘭時，將過渡環(huán)安放在設備法蘭與變送器法蘭之間，并保持導淋孔在正上方。投入使用后，從導淋孔注入成線狀的蒸汽冷凝液細流，由于甲銨和尿素結晶物有遇水即融的特性，這樣氣相膜片上就不會有結晶物了。
用過渡環(huán)片阻擋液面波動的沖擊沖刷力。工況條件下，精餾塔分離器內的液面是很不平靜的。在汽提汽流的作用下，里面的液體介質上下翻滾，液面形成浪涌不斷沖擊氣相法蘭的波紋膜片，加之溫度又高，膜片本身又薄，只有 0． 4 ～ 0． 5mm，在連續(xù)不斷的沖擊沖刷下，膜片逐漸減薄。與此同時，隨著壓力的瞬息變化，膜片也處在不停的形變中，會產生金屬疲勞。當膜片薄到一定程度，承受不住壓力或液面波動的沖擊力時，就會破裂，甚至慢慢從法蘭上剝落，填充液也會滲漏掉，雙法蘭差壓變送器也就不能正常工作，準確測量液位變化了。為此，在加工過渡環(huán)時，特意將它設計成瓶蓋狀，其正面底板厚度為 5mm。為了氣相正常引壓，在過渡環(huán)內側底板底部，也就是冷凝液導淋孔正下方，開了 3 個 8mm 的引壓孔，這樣一來，壓力可以無阻礙地傳導至氣相波紋膜片上，但因為過渡環(huán)有底板的存在，液面的沖擊沖刷力被底板阻擋卸除了，作用不到膜片上，對膜片的損傷也就不存在了。
3 實踐驗證
在該公司生產裝置一次大修時( 2016 年) ，按計劃對三期尿素精餾塔測量液位的雙法蘭雙法蘭差壓變送器，在氣相法蘭上作了以上 3 項改進。大修后裝置開車投用至今，變送器工作一切正常，這遠遠超過以往#多正常工作半年的時間。并且，變送器對精餾塔液位變化反應也很靈敏、準確，與調節(jié)閥組成的自調回路，可以根據(jù)工藝需要，將液位平穩(wěn)控制在測量范圍內的任一高度，為裝置安全高效生產提供了可靠的測控保障。
4 結束語
雙法蘭差壓變送器在化工生產中使用較為廣泛，因工況不同而出現(xiàn)的故障也千差萬別，筆者專門針對氣相膜片損壞的故障現(xiàn)象，作了縝密的原因剖析，找準了波紋膜片損壞的根源，并分別作了針對性的應用改進措施，解決了氣相膜片損壞的問題。在化工生產中，介質易結晶的工況很多，不管是測壓力還是測液位，都可試著按此思路和方法，加以改進應用。
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