一種新型的吸收塔漿液密度測量方式的應用

＊谷俊杰 賈智勇 崔瑞萍

（中鋼集團天澄環?？萍脊煞萦邢薰?湖北 430000）

石灰石-石膏法濕法煙氣脫硫因其脫硫效率高、技術相對成熟、適用于各種煤種、脫硫劑石灰石來源廣泛等優點，得到廣泛的利用，其中吸收塔漿液密度是能夠確保脫硫系統安全穩定運行的重要參數[1-2]。吸收塔石膏漿液密度測量是否準確，對脫水石膏品質[2]及脫硫系統穩定運行[3]有較大的影響。目前大部分脫硫項目吸收塔漿液密度測量技術采用差壓方式和科式力密度計方式測量密度?？剖搅γ芏扔嬕蚱鋬r格昂貴，使用過程中容易將套管磨損損壞，較短時間就要更換，使其應用受到局限[2-4]。差壓密度測量法通過測量高壓側和低壓側之間的壓力差，再將差壓變送器測得的數值代入密度計算公式得到密度，其測量裝置優點是采購價格低，現場施工方便，運行維護簡易[2]，在大量脫硫工程中受到廣泛應用。但利用差壓法測量密度法由于吸收塔噴淋影響、吸收塔攪拌器攪拌擾動、脫硫氧化空氣噴入、塔內漿液水流影響及脫硫漿液泡沫等各種干擾因素，尤其是脫硫漿液起泡的影響，使其測量得到的數值波動范圍大，其準確性受到影響[5]。單純依靠差壓式液位計不能得到準確可靠的測量結果,因此，本文提出了一種新型基于信息融合的吸收塔漿液密度測量方式，方案通過設置3臺壓力變送器，測量不同分段的漿液液柱差壓的測量代替直接測量某一處漿液密度的方法，并分段測得密度的變化情況，對測量的結果采取多傳感器信息融合技術，獲得不同液位下漿液密度插值計算值；該測量方案既可節約成本，密度測量結果也更準確。

1.差壓法漿液密度測量的工作原理及誤差分析

差壓法密度測量法的原理，是通過測取液體內部靜壓力，根據靜力學公式來間接測量漿液密度。

式中，ρ為漿液密度；ΔP為高壓側壓力取樣點和低壓側壓力取樣點之間的靜差壓；g為重力加速度；H為兩個取壓點之間的高度差。兩個取壓點分別為變送器的高壓側和低壓側，H為兩者之間的間距，為固定值。通過測取高壓側和低壓側兩點間的靜壓力差，利用公式ρ=ΔP/(gH)即可計算出漿液的密度。

實際項目執行過程中，在使用該測量方式用于吸收塔內石膏漿液密度測量時，通過比較儀表的測量結果與手工取樣漿液帶回到實驗室進行分析，結果顯示兩者數值差距較大，主要表現在利用差壓測得的密度值比實驗室測得的密度值偏大，約50～100kg/m3。經過研究分析，這是由于吸收塔運行一段時間后，吸收塔漿液上層會產生很厚的泡沫，而差壓法測量的是底部某段的漿液密度，底部的漿液密度遠不能反映漿液實際狀態；實際情況是底部漿液密度偏大，上部漿液密度偏小，用底部的漿液密度去修正計算吸收塔液位必然導致液位測量不準。

傳統差壓法測量漿液密度存在以下不足：（1）傳統差壓法只能代表吸收塔中部分區間內之間的漿液密度，代表性差。（2）測量位置容易受現場設備干擾，壓力變送器安裝與吸收塔攪拌器較近，容易受到吸收塔攪拌器的干擾，測量的準確度會受到影響（3）測量誤差大，所測得的漿液密度數值比吸收塔內平均密度偏高。

在濕法煙氣脫硫項目中，吸收塔漿液密度直接影響到脫硫系統的脫硫效率、吸收劑的消耗量、石膏品質乃至脫硫系統的穩定運行。傳統差壓法測量漿液密度存在大量不足，為了提升吸收塔密度測量的準確性，因此考慮對現有差壓密度測量裝置進行改進。

2.差壓密度測量裝置的改進研究

傳統差壓法密度測量存在上述一些問題，這表明單純依靠差壓式液位計并不能得到準確可靠的測量結果。改進的測量方案采取固定段漿液液柱差壓的測量代替直接測量某一處漿液密度的方法，并分段測得密度的變化情況。具體的儀表安裝及測量原理如圖1所示。

圖1 新型密度測量儀表布置示意圖

以某項目為例，在吸收塔標高0.8m處、標高5.5m處、9.0m處各設置一臺壓力變送器，其中標高5.5m附近為氧化空氣入口。通過設置三臺壓力變送器并分別裝在0.8m、5.5m、9.0m不同的高度，可得到三處不同高度的壓力數值，任一儀表的故障，不會造成漿液密度無法測量的情況，提高了測量裝置的可靠性，同時該裝置也能實現儀表故障診斷的功能。

用液位計1和液位計2之間差壓測量H2段的漿液密度；用液位計2和液位計3之間差壓測量H3段（氧化空氣入口之上）的漿液密度；假定H1段的漿液平均密度為ρ1，ρ1值對最終漿液密度測量結果沒有影響；H2段的漿液平均密度為ρ2，則：

其中P1、P2分別液位計1、2測得的壓力值；H3段（含氣泡較多）的漿液平均密度為ρ3，則：

其中P2、P3分別液位計2、3測得的壓力值；整個H2+H3段的漿液平均密度為ρ平均，則：

其中P1、P3分別液位計1、3測得的壓力值；根據儀表安裝位置，可將ρ2、ρ平均、ρ3，分別作為標高3.15m（H2段中央）、4.9m（H2+H3段中央）、及7.25m（H3段中央）處的代表密度，則整個吸收塔分段區域的密度值可采用插值擬合算法求得，以分段折線為例：

當H≤4.9m時

液位計1處常用作吸收塔液位測量用變送器，常規吸收塔液位設置三個，此處的測量信號為三取二，其信號十分可靠；當液位計2或3中有一路信號故障時可用ρ2，ρ平均，ρ3三個計算密度值的差異判斷哪一路變送器故障，以便及時處理。通過此方式實現儀表故障診斷功能。

本次差壓密度測量方式的改進采用了3臺壓力變送器，使用多傳感器信息融合技術。采用信息融合技術可增加測量結果的可信度，提高測量系統的可靠性[7]。

3.實驗結果分析

某項目常規差壓密度測量方式改進為基于信息融合技術差壓密度測量后，將3組人工取樣密度測量結果取平均與DCS上所顯示的密度進行對比，以比較基于信息融合的吸收塔漿液密度測量裝置的準確性及穩定性，所得結果見表1。

表1 改進的差壓密度測量方式與手工取樣對比結果

從表1的對比結果可以看出，改進后基于信息融合的吸收塔漿液密度測量裝置所得的DCS監測值與手工取樣均值相對誤差最大為1.56%，由此表明改進后的基于信息融合的吸收塔漿液密度測量裝置測量準確度大大提高。

4.不足及改進措施

（1）存在的現象及問題。①吸收塔上部由于鼓入有氧化風，而且存在漿液起泡的現象，吸收塔5.5m處及9.0m處壓力變送器測得的壓力值并不能準確反映出漿液由于自身重力作用而產生的壓力，這兩處壓力測量值通過公式計算出的密度變化趨勢與鼓入氧化風的壓力趨勢一致，由此說明氧化風對漿液密度存在一定的影響。②吸收塔上3個測量密度的壓力變送器分別安裝在0.8m、5.5m和9m高度，測量的是3處高度的壓力值。實際需要不同高度之間的壓力差，需要用這3個壓力再去做減法。如果用兩個變送器的壓力值去相減，兩個變送器都會有誤差，其壓力值相減后的誤差更大，變送器測量誤差對密度的測量影響比較大。

（2）下一步改造方案?；诓捎脡毫ψ兯推鳒y量誤差較大的問題，下一步考慮將壓力變送器改為差壓變送器進行測量。利用差壓變送器測量直接得出不同液位之間的壓力差，減少測量裝置的系統誤差，如此密度測量會更加準確。

5.經濟性分析

目前濕法煙氣脫硫系統中常用的測量漿液密度的方法是差壓法和科式力密度計法?？剖搅γ芏扔嫹ㄊ窃谟泄に嚬艿郎显O置科式力密度計，通過管內流體的共振頻率獲得密度的一種方法。下面針對基于信息融合的吸收塔漿液密度測量、普通差壓法測量密度和科式力密度計法測進行經濟對比分析（詳見表2）。

表2 改進后差壓法、差壓法和科式力密度計經濟性對比

從表2的經濟性對比結果可以看出，雖然基于信息融合技術差壓測量密度比傳統差壓法價格稍貴，但其具有測量結果準確和安全穩定運行的突出優勢，是吸收塔漿液測密度一種較好的方法。

6.結論

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝作為目前應用最為廣泛的煙氣脫硫技術，仍存在一些影響其連續穩定運行的關鍵問題，吸收塔漿液密度測量不準就是其中之一。應用基于信息融合技術差壓測量密度測量結果精確度較高，同時增加測量結果的可信度，提高測量系統的可靠性。該測量方式可以有效避免部分密度測量誤差，大大提高了吸收塔漿液密度測量的準確性和穩定性，進而保證濕法脫硫系統平穩運行。