摘 要: 雙法蘭液位計是目前各類化工生產裝置中技術成熟、使用較為普遍的一種液位測量儀表。受尿素裝置工藝介質高溫、高壓、腐蝕、結晶、相變等因素的影響，雙法蘭液位計極易遭到損壞，造成測量失真。分析尿素裝置自運行以來出現的各類雙法蘭液位計故障，總結改進措施及應用效果。
青海云天化國際化肥有限公司現有兩期年產30 萬 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。裝置主要包括液氨系統和脫氫系統、高壓合成系統、循環系統、水解系統、尿液蒸發、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產生微小變形，通過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，可通過數據轉換，得到對應的液位高度。
2、故障原因分析及改進
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會對設備造成腐蝕。雙法蘭液位計測量膜片材質為不銹鋼、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為316L，采用插入式結構，插入長度為 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生腐蝕開裂，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%，低壓側膜片長期處于氣相介質中，高壓側膜片處于液相介質中。精餾塔將溶于汽提液中的部分二氧化碳和氨氣通過加熱和減壓的方法分離出來，以達到提濃的目的。當壓力越低、溫度越高，分離出來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流動沖刷的作用，焊縫處極易發生機械撕裂。
2． 1． 2 改進措施
為了降低膜片腐蝕速率，將膜片材質由 316L改為鉭金屬。為了解決膜片和筒體焊縫處易發生機械撕裂的問題，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
因尿素生產工藝物料在某種特定因素下易發生局部結晶現象，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為鉭金屬，采用插入式結構，插入長度為 150 mm。每次測量失真的原因都是低壓側膜片結晶，且結晶的頻率與環境溫度密切相關。結晶往往發生在冬季，結晶后必須加熱法蘭外部蒸汽或者人為使液位槽滿液來融化結晶物。
來自精餾塔氣相中的二氧化碳和氨氣，與通過解吸泵送來的洗滌液、回流泵送來的回流液一起，通過低壓甲銨冷凝器冷凝吸收，冷凝后的氣液混合物通過連接管進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直接接觸，隨甲銨液濃度的升高和環境溫度的降低，氣相介質會逐漸在低壓側膜片上形成結晶物。
2． 2． 2 改進措施
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間差，故改造后任何時間都能保證有 1 臺液位計始終處于完好狀態。
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
在尿素生產過程中，二段蒸發分離器的液位測量是在高真空環境下進行的。原設計二段蒸發分離器為單法蘭液位變送器，高壓側安裝于分離器下液管，低壓側通過引壓管在分離器頂部絕壓表引壓管處焊接三通后進行取壓，高壓、低壓取壓點相對高差 20 m 左右。分離器內分離出的不凝氣、分離器滿液等狀況都會引起引壓管結晶，造成堵塞，該工況下引壓管方式并不適用。
2018 年 12 月，通過技術改造將二段蒸發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，低壓側取壓點改到分離器下液管視鏡上方大約1 m 處的位置，高壓、低壓取壓點相對高差 8 m 左右。改造后，二段蒸發分離器液位計使用效果較好。但是，6 個月后二段蒸發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，在高真空環境下受管道高速流動介質沖刷作用，導致膜片變形破損。
2． 3． 2 改進措施
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，并通過量程轉換成對應的液位。該測量方式運行效果好，可實現自動調節液位。
3 結語
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，保證裝置的安穩長滿優運行。同時，對儀表選型或者日常故障處理有一定的借鑒和參考價值。
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