青海云天化國際化肥有限公司現有兩期年產(chǎn)30 萬(wàn) t 尿素裝置，采用傳統二氧化碳汽提法工藝。一、二期尿素裝置分別于 2010 年、2011 年建成投產(chǎn)。裝置主要包括液氨系統和脫氫系統、高壓合成系統、循環(huán)系統、水解系統、尿液蒸發(fā)、高塔造粒系統等。單套裝置現有 30 余臺液位檢測儀表，包括隔膜密封式單/雙法蘭液位計、雷達液位計、放射性液位計、磁致伸縮液位計等。其中，隔膜密封式雙法蘭液位計占比為 30%，使用范圍較廣。

 

1、雙法蘭液位計測量原理及結構組成

雙法蘭液位計由差壓變送器、含硅油毛細管、隔膜密封的雙法蘭組成。當高壓、低壓側感受到壓力后密封膜片會(huì )產(chǎn)生微小變形，通過(guò)毛細管內的硅油將壓力傳遞給差壓變送器。

P = ρgh (1)

其中，P 為壓強，ρ 為介質(zhì)密度，g 為重力加速度，h 為液位高度。根據(1)式，當差壓變送器測算出高壓、低壓側法蘭之間的壓差后，可通過(guò)數據轉換，得到對應的液位高度。

 

2、故障原因分析及改進(jìn)

2. 1、腐蝕

2． 1． 1 原因分析

尿素裝置受高溫、高壓影響，尿素、甲銨液、液氨、二氧化碳、冷凝液和蒸汽等介質(zhì)會(huì )對設備造成腐蝕。雙法蘭液位計測量膜片材質(zhì)為不銹鋼、合金以及稀有金屬材料，膜片厚度為 0. 4 ～ 0. 5mm。因材質(zhì)選型不當，極易腐蝕膜片，以精餾塔雙法蘭液位計為例，分析膜片損壞的原因。原設計精餾塔雙法蘭液位計測量膜片材質(zhì)為316L，采用插入式結構，插入長(cháng)度為 150 mm。每次雙法蘭液位計損壞的原因都是低壓側膜片與筒體邊緣焊接部位發(fā)生腐蝕開(kāi)裂，而高壓側膜片卻完好，甚至低壓側膜片配對法蘭出現腐蝕情況。

 

高壓側膜片位于精餾塔尿液出口管上，低壓側膜片位于精餾塔分離段上部。精餾塔液位控制在 15% ～ 20%，低壓側膜片長(cháng)期處于氣相介質(zhì)中，高壓側膜片處于液相介質(zhì)中。精餾塔將溶于汽提液中的部分二氧化碳和氨氣通過(guò)加熱和減壓的方法分離出來(lái)，以達到提濃的目的。當壓力越低、溫度越高，分離出來(lái)的二氧化碳和氨氣越多。二氧化碳和氨氣極易在氣相膜片上形成結晶物，破壞膜片鈍化層。氣相溫度比液相溫度更高，則腐蝕速率越快，膜片減薄速度越快。

 

插入式膜片和筒體焊接采用電阻焊 + 非熔化極惰性氣體保護電弧焊(TIG)方式，焊縫處較為薄弱。因氣相壓力波動(dòng)頻繁，膜片受到的應力隨之變化，加之插入式膜片容易受到氣相介質(zhì)流動(dòng)沖刷的作用，焊縫處極易發(fā)生機械撕裂。

 

2． 1． 2 改進(jìn)措施

為了降低膜片腐蝕速率，將膜片材質(zhì)由 316L改為鉭金屬。為了解決膜片和筒體焊縫處易發(fā)生機械撕裂的問(wèn)題，將插入式膜片改為平膜片，并在高壓、低壓側法蘭取壓短接管處增加伴熱措施，以防止二氧化碳和氨氣在氣相膜片上結晶。改進(jìn)后，雙法蘭液位計使用周期從 1 a 提升至 4 a。

 

2. 2 結晶

2． 2． 1 原因分析

因尿素生產(chǎn)工藝物料在某種特定因素下易發(fā)生局部結晶現象，幾乎所有雙法蘭液位計都出現測量失真故障。其中，以低壓甲銨冷凝器液位槽液位計結晶次數#多。以低壓甲銨冷凝器液位槽液位計為例，分析膜片結晶的原因。

 

原設計低壓甲銨冷凝器液位槽雙法蘭液位計測量膜片材質(zhì)為鉭金屬，采用插入式結構，插入長(cháng)度為 150 mm。每次測量失真的原因都是低壓側膜片結晶，且結晶的頻率與環(huán)境溫度密切相關(guān)。結晶往往發(fā)生在冬季，結晶后必須加熱法蘭外部蒸汽或者人為使液位槽滿(mǎn)液來(lái)融化結晶物。

 

來(lái)自精餾塔氣相中的二氧化碳和氨氣，與通過(guò)解吸泵送來(lái)的洗滌液、回流泵送來(lái)的回流液一起，通過(guò)低壓甲銨冷凝器冷凝吸收，冷凝后的氣液混合物通過(guò)連接管進(jìn)入低壓甲銨冷凝器液位槽氣液分離。低壓側膜片與分離出的氣相介質(zhì)直接接觸，隨甲銨液濃度的升高和環(huán)境溫度的降低，氣相介質(zhì)會(huì )逐漸在低壓側膜片上形成結晶物。

 

2． 2． 2 改進(jìn)措施

2020 年 4 月，將液位計高壓、低壓側法蘭短接管處的不銹鋼伴熱管改為夾套伴熱，以提高熱量。改造后，結晶頻率明顯降低，但隨氣溫下降結晶情況仍會(huì )出現。

 

2021 年 1 月裝置大修，其間在液位槽北側新增 1 臺相同規格的雙法蘭液位計。2 臺液位計膜片結晶存在時(shí)間差，故改造后任何時(shí)間都能保證有 1 臺液位計始終處于完好狀態(tài)。

 

2022 年大修期間，重新更換低壓甲銨冷凝器液位槽保溫系統，減少了液位槽的熱量損失。改造后，裝置運行 1 個(gè)月未出現結晶情況。

 

2. 3 高真空

2． 3． 1 原因分析

在尿素生產(chǎn)過(guò)程中，二段蒸發(fā)分離器的液位測量是在高真空環(huán)境下進(jìn)行的。原設計二段蒸發(fā)分離器為單法蘭液位變送器，高壓側安裝于分離器下液管，低壓側通過(guò)引壓管在分離器頂部絕壓表引壓管處焊接三通后進(jìn)行取壓，高壓、低壓取壓點(diǎn)相對高差 20 m 左右。分離器內分離出的不凝氣、分離器滿(mǎn)液等狀況都會(huì )引起引壓管結晶，造成堵塞，該工況下引壓管方式并不適用。

 

2018 年 12 月，通過(guò)技術(shù)改造將二段蒸發(fā)分離器液位計改為插入式雙法蘭液位計。高壓側安裝位置未做改動(dòng)，低壓側取壓點(diǎn)改到分離器下液管視鏡上方大約1 m 處的位置，高壓、低壓取壓點(diǎn)相對高差 8 m 左右。改造后，二段蒸發(fā)分離器液位計使用效果較好。但是，6 個(gè)月后二段蒸發(fā)分離器突然出現測量失真的情況。拆檢該雙法蘭液位計后發(fā)現，高壓、低壓側膜片均已變形破損，分析認為該液位計膜片采用插入式結構，在高真空環(huán)境下受管道高速流動(dòng)介質(zhì)沖刷作用，導致膜片變形破損。

 

2． 3． 2 改進(jìn)措施

在高壓側安裝平膜片單法蘭壓力變送器，將高壓側壓力測量值信號引至 DCS，低壓側壓力由分離器頂部絕壓表(PT-2404)測量。由此計算出差壓值，并通過(guò)量程轉換成對應的液位。該測量方式運行效果好，可實(shí)現自動(dòng)調節液位。

 

3 結語(yǔ)

分析總結雙法蘭液位計出現的故障原因，#大限度地提升儀表的使用周期，減少故障率，保證裝置的安穩長(cháng)滿(mǎn)優(yōu)運行。同時(shí)，對儀表選型或者日常故障處理有一定的借鑒和參考價(jià)值。