液氨作为重要的化工原料，在生产和储存过程中液位的测量和控制是一项重要的工作。液氨本身是一种有毒物质，在常温常压下极易溶于水。为了便于运输和储存，气态氨通常被加压或冷却以获得液氨，液氨被储存在耐压钢瓶或储存罐中。储罐中液氨的量可以通过液位检测来监控。液氨广泛应用于许多行业，如火电厂、钢铁厂等烟气脱硝工艺。氨脱硝工艺中常用的氨可以通过蒸发液氨来制备。为了帮助用户在生产中更合理、有效、准确地测量液位计，结合烟气脱硝工艺中液氨储罐的工艺特点和液氨特性，针对液氨储罐液位计的选择，通过分析差压液位测量原理，探讨了法兰式差压变送器在液氨储罐液位检测中的应用、注意事项及存在的问题。
液氨站简介
烟气脱硝处理工艺中液氨站的目的是生产和制备气态氨。主要设备包括液氨排放压缩机、液氨储罐、液氨蒸发器、氨缓冲罐、氨稀释罐、废水罐及其相关的泵、阀门、管道和其他附件(图1)。液氨供应由液氨罐车运输，液氨罐车通过吊管卸料臂与氨储存系统连接，液氨由卸料压缩机从罐车输入液氨储罐；利用液氨储罐与液氨蒸发器之间压力差和液氨的重力势能将液氨输送到液氨蒸发器中蒸发生成氨。
图1液氨站工艺流程
从以上过程可以看出，液氨储罐作为液氨站的储存设备，相当于液氨站的原料中心，负责生产气态氨的原料储存。根据《火力发电厂烟气脱硝设计技术规程》，液氨站按乙级火灾危险等级设计，因此该区域的电气控制设备应考虑防爆
图2液氨储罐单体示意图
本项目液氨储罐为卧式静置储罐。对其工况的分析表明:1)储罐中液氨的工作压力为1.5兆帕，温度为25℃，介质相对清洁，储罐内部以气液两相形式存在，上部以气相形式存在。液氨本身没有腐蚀和粘附问题，但遇有腐蚀性的水，它会迅速吸收并产生氨水。2)储罐液位范围波动小，测量区域液体介质中没有其他设备的干扰。
2.2选择方案
根据上述液氨储罐的工作条件，可以应用几种常见的液位检测仪表，如差压液位计、磁翻板液位计、电容式液位计和雷达液位计(包括导波雷达液位计等)。)。但是，液氨储罐是压力容器，对液位检测有特殊要求。根据《固定式压力容器安全技术监察规程》的规定，爆炸性、高毒性、高危险性介质的液化气体压力容器有防止泄漏的保护装置。为了满足这一要求，液位检测方案相对有限。由于本项目储罐体积较大，其液位检测采用两种方案:现场显示液位采用磁性翻板液位计(现场液位计口)，远程控制室液位检测采用法兰型差压变送器信号传输(现场液位计口)。两种方案都有隔离保护装置来防止泄漏，如图3所示。
图3磁性翻板液位计和法兰类型差压变送器
从图3可以看出，如果要检修和维护液位计，可以通过关闭阀门一次来确保液氨在检修和维护期间不会泄漏。
如图2所示，右侧两个仪表开口安装为磁场指示的磁性翻板仪表。在图中，左侧有两个孔，安装时法兰类型差压变送器。但是，安装位置不是绝对的，磁性翻板液位计和法兰类型差压变送器的安装位置是根据现场工况布置确定的。磁性翻板液位计用于指示现场的液位，并安装在面向氨卸载区的现场操作人员可以直接观察到的位置。
本工程液氨储罐集中控制液位计选用法兰类型差压变送器的液位计，主要考虑法兰类型差压变送器设有一次阀，起到隔离和安全保护作用。这一点尤其重要，因为液氨站属于防爆区域。除防爆外，液位计还需要考虑与工艺管道设备连接处的密封安全措施，以确保不泄漏。如果选择了顶部安装的非接触式液位计，例如雷达液位计(图4)。由于与罐式设备的连接处没有隔离措施，当液位计需要维修时，不能在正常生产操作中拆卸。一旦液位计需要检修和维护，只有在储罐中的液氨完全卸载，并使用氮气置换确保储罐中没有液氨和氨后才能拆卸液位计，这将影响正常的工艺生产。当选择法兰类型差压变送器时，当变送器需要检修和维护时，只需关闭阀门一次即可拆卸和组装变送器，无需考虑拆卸和组装过程中液氨的泄漏，不会影响系统的正常运行。
图4雷达液位计的安装
3安装注意事项
法兰类型差压变送器安装时的注意事项如下。
3.1安装位置的选择
差压液位测量的原理主要基于公式(1):
△P=ρgh (1)
其中△P代表压差，ρ代表介质密度，g代表重力加速度，h代表高度。如果ρ相对恒定，只要△P已知，就可以得到所需的高度值。本工程采用的法兰类型差压变送器为双法兰类型差压变送器，安装方式有三种，如图5所示
图5双法兰安装位置差压变送器
三个安装位置相同，其测量范围和迁移量分析计算如下:
1)范围计算。以安装在两个法兰中间的变送器为例，当液位最高时，法兰变送器高压侧的压力P1=(H1+H2)ρ中等G+P0-H1ρ 0g。其中ρ是被测介质的密度；ρ0是变送器波纹管中填充液体的密度，P0是容器中的压力；g是重力加速度。当液位最低时，法兰变送器高压侧的压力为P2 =-H1ρ 0g+P0，因此变送器量程△ p = PP2 = (H1+H2) ρ介质g=H0 ρ介质G。同样的方法可以证明安装在两个法兰上下的变送器的量程为H0 ρ介质g. 2)零点偏移计算。仍以安装在两个法兰中间的变送器为例，当液位最低时，法兰变送器的高压侧压力为P2 =-H1 ρ 0g+P0，法兰变送器的低压侧压力P3=H2ρ0g+ P0，因此变送器的迁移量Z = PP3 =-(H1+H2)ρ0g =-H0ρ0g。同样的方法可以证明安装在两个法兰上下的变送器的迁移量是相同的。
总之，无论变送器安装在两个法兰的顶部、中部还是底部，迁移量和范围都是相同的。然而，变送器上的静态压力在三个安装位置是不同的。当液位最低时，变送器高低压侧的静压P2(高压侧)和P3(低压侧)如下:当变送器安装在最低位置时，P2=H1 ρ0 g+P0，P3 = H2ρ0g+P0；当变送器安装在中间位置时，P2 =-H1 ρ 0g+P0，P3 = H2ρ0g+P0；当变送器安装在最高位置时，P2 =-H1ρ0g+P0；P3=-H2ρ0g+P0 .如果P0=0，当变送器安装在2个法兰下时，P2和P3均为正压；当变送器安装在中间位置时，P2为负压，P3为正压。当安装在两个法兰的顶部时，P2和P3都处于负压下。如果变送器在负压状态下工作，超过其允许的负压值，填充液将会蒸发，隔离膜将会凸出，从而导致测量不准确，甚至损坏仪器。如果容器内压力高，即P0大于H1ρ0g和H2ρ0g，变送器可安装在任何位置，高低压侧不会出现负压。然而，容器中总是有一个空的没有压力的罐，甚至有时它被抽空。因此，当P0为负值时，法兰变送器的正确安装位置必须安装在两个法兰下方。只有这样才能避免负压，确保正确测量。通过以上分析，可以看出选择第一种安装方式是最好的。
3.2安装零件的选择
1)应该注意的是，蝶阀不能用于主阀选择。否则，阀板在开启过程中会接触到隔离法兰的隔膜，影响测量精度，并可能损坏隔膜。一旦隔离法兰隔膜损坏，整个变送器将报废。
2)紧固件的选择主要是垫片的选择。从图3可以看出，隔离法兰与主阀法兰连接，需要垫片来紧固主阀法兰与罐法兰之间的连接，垫片必须是金属缠绕石墨垫片，这样垫片在高压下具有良好的密封性能，适用于液氨罐等密封等级要求高的地方。此外，在安装和紧固过程中，不得将隔膜压在隔膜上，否则会影响测量。
4存在的问题
法兰类型差压变送器有其优点，但也存在一些问题。例如，由于环境温度的影响，毛细管中硅油的密度也会受到影响，从而导致测量误差。此外，当满足安装要求时，毛细管的长度应尽可能短。通常，大型液氨储罐需要两种液位计。磁性翻板液位计将配备液氨储罐制造商的设备，仅用于本地显示。然而，法兰类型差压变送器用于检测液位，有时磁性翻板液位计的指示值用于验证测量值是否相对准确。此外，应该特别注意的是，差压液位检测是基于相对稳定的介质密度。储罐中液氨的比重会随着环境温度的变化而略有变化，这相对于工业过程控制可以忽略不计，但多少仍会影响液位测量的准确性。
结论
没有一种测量仪器是完美的，特别是在工业过程控制中，面对复杂多变的工作环境，只有从综合的角度才能选择最合适的仪器。本文介绍的法兰式2+液位计作为液氨储罐的液位计，也存在很多不足，但液氨作为一种易燃、有毒物质，在选择液氨储罐液位计时，需要从安全维护的角度多加考虑。