[發明專利]用于測量尿素合成設備的壓力容器中液位的方法和系統

有效

• 申請號: 201880073973.4
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN111344541B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 盧卡·魯尼奧內
• 申請（專利權）人: 卡薩勒有限公司
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;G01S13/88
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 程鋼

一種用于測量壓力容器中液位的方法和系統，該方法包括：通過伸長實心桿(5)形式的波導傳輸電磁信號，并檢測由液體表面反射所產生的信號，該波導的底部端浸入液體中。

技術領域

本發明涉及一種用于測量尿素合成設備的壓力容器中的液位，特別是當該容器包含液位以上的高壓下的和可能處于超臨界狀態的氣相時的液位的方法和系統。本發明涉及的領域為用于尿素合成方法的設備，特別優選尿素合成反應器。

背景技術

通常需要測量化工廠的壓力容器，如反應器或氣液分離器，的液體水平，例如用于控制運行過程。

現有技術中的用于測量化學反應器中的液位的一種技術包括向液體發送電磁波，例如無線電波，并且檢測由液體表面反射的回波。根據信號的發射與回波的檢測之間經過的時間得出液位與無線電源之間的距離。此技術也被稱為雷達(無線電探測和測距)液位測量。

然而，雷達測量受液體上方的液體磁導的影響。磁導率表示流體允許物質或能量通過的能力。

已經發現當在液位上方存在相對致密的相時，雷達方法的信噪比(S/N)可能并不令人滿意。致密的相的實例包括超臨界相和/或薄霧，能夠影響測量的。該雷達方法具有由液位以上的流體引起的散射的缺點(稱為廷德爾效應(Tyndall effect))。

在尿素合成設備中，由于尿素合成設備的工作壓力高，溫度和壓力接近或高于臨界值(特別是在尿素合成反應器中)，并且存在腐蝕性液體(例如氨基甲酸銨)，因此測量壓力容器中的液位是一項特別具有挑戰性的任務。

關于合成尿素的現有技術和設備的概述，可以在Wiley-VCH出版社的《烏爾曼工業化學百科全書》(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，Wiley-VCHVerlag.)中找到。大部分現代尿素工藝使用高壓合成回路，該回路包括在約130至160巴的高壓下運行的反應器、汽提塔和冷凝器。

通常，氨和二氧化碳在130-160巴和180-200℃下反應生成尿素。尿素的合成包括形成氨基甲酸銨和將氨基甲酸銨轉化(脫水)為尿素和水。反應器流出物包含尿素、氨基甲酸銨、未反應的氨和二氧化碳以及水。該反應器流出物被送至汽提塔，在汽提塔內，氨基甲酸銨被加熱，并可能通過氣態二氧化碳作為汽提介質進行分解。汽提塔的液體流出物是濃縮的尿素溶液，該濃縮的尿素溶液在低壓下的一個或多個回收段中進行進一步的處理。從汽提塔抽提出的氣相主要由二氧化碳和氨構成，并被送入高壓冷凝器，在冷凝器中冷凝為液態氨基甲酸銨，然后再循環至反應器。

上述高壓回路的反應器、汽提器和冷凝器中的每一個可能包含處于平衡狀態的氣相和液相，并且可能需要檢測內部的液位，即液相和氣相之間的邊界。

然而，如上所述，因為接近超臨界條件的溫度和壓力，氣相的物理性質趨于接近液相的性質，使得區分該邊界變得更加困難。

與過程流體(process liquid)直接接觸的探頭，如膜片變送器(membranetransmitter)會受到腐蝕并且變得不可靠。因此，在尿素工藝中通常優選非接觸系統。使用放射性探針已經獲得了良好的結果，但是，這種放射性探針帶來了安全和健康問題，因而被逐漸放棄。雷達液位測量表現為一種有希望的技術，但是目前的技術水平并不令人滿意。

例如，在尿素合成反應器中，液位以上的流體的密度可以大于100kg/m³，例如約130kg/m³。由于上述原因，這種稠密的流體會對雷達探測液位的信噪比產生負面影響。稠密的氣體介質的存在容易導致在氣-液界面上形成穩定的薄霧氣氛。此外，液體混合物傾向于在液體表面的頂部上形成泡沫層。

已經提出了使用喇叭型雷達來測量尿素反應器中的液位，但是由于信號分散在較大的體積的反應器中，使得效率較差。