一、研究背景

      煤化工企业中，初冷器利用焦油氨水分离槽分界层的乳浊液进行内部喷洒清洗。焦油和氨水密度相差不大，其分界面的测定和调节成为很多工厂的棘手问题，目前部分企业采用磁致伸缩液位计进行测量。首钢京唐钢铁联合有限责任公司原设计使用浮子界面仪来测量分界面的高度，将信号转换器安装在罐体顶部，下方连接一根6m 长的探杆，浮子经过配重浮在乳浊液层，沿探杆上下滑动传输信号，信号经转化后传至DCS 系统。这种测量方式使用效果不好，目前采用手动放油的方法观测液位。

二、技术方案

      工厂中常利用差压变送器测量单种液体的液位值，原理如图1 所示。变送器高低压侧传感器承受的压力值计算公式如下：

P2=ρgH+P0 （1）

P1=P0+Ps    （2）

用于逻辑换算的压力差的计算公式如下：

ΔP=P2-P1=ρgH-Ps （3）

将仪表量程负牵Ps 值后，得：

ΔP=P2-P1=ρgH      （4）

图1 差压变送器测量液位原理

利用以上原理，如果将图中气体视为焦油氨水分离槽的氨水层，液体视为焦油层，则其液面高度即氨水与焦油的分界面高度。测量原理变为图2 所示，变送器高低压侧传感器承受的压力值计算公式如下：

P2=ρ1gh1+ρ1gh3+ρ2gh2+P0 （5）

P1=ρ1gh3+P0+Ps                     （6）

用于逻辑换算的压力差的计算公式如下：

ΔP=P2-P1=ρ1gh1+ρ2gh2-Ps=ρ1g（H-h3-h2）+ρ2gh2-Ps

= （ρ2-ρ1）gh2+ρ1g（H-h3）-Ps （7）

将仪表零点负牵Ps 后，得：

ΔP= （ρ2-ρ1）gh2+ρ1g（H-h3）  （8）

图2 差压变送器测量分界面高度的原理

式中：ρ1、ρ2、g、H、h3 均为定值。

得出以下结论：ΔP 与h2 呈线性关系，通过ΔP 的变化可推导出分界面高度h2。

三、具体实施方式

       将第一格和第五格放油管道切除，分别安装差压变送器的高低压侧法兰膜盒，膜盒与手动阀门间安装泄空阀门和蒸汽吹扫点。首钢京唐钢铁联合有限责任公司抽取乳浊液的管道与第三格放油管在一个水平位置，液位变送器的测量量程满足实际工况变化。经化验实际焦油和氨水密度为1.16kg/m3 和0.987kg/m3，计算变送器测量量程计算公式如下：

Δp=（ρ2-ρ1）g（h1+h2）

= （1.16-0.987）×9.8×1.8=3.05kPa                         （9）

负牵值计算公式如下：

Ps-ρ1g（h1+h2）=19.386-0.987×9.8×1.8 ≈ 2kPa （10）

用HART协议手操器将差压变送器量程设置为-2 ～ 1kPa。第一、五格放油管间距1.8m， 在PLC 端更改上位量程为5.6 ～ 7.4m 与之对应。

       当焦油氨水分离不清时，分界层变厚会导致测量值比真实值偏小，测量数据失去指导意义。应用此方法需要工人定期对第二、三、四格放油管放油，检查油水分离情况。