項目背景與裝置概況

　　在連續(xù)精餾工藝中，回流系統(tǒng)是決定分離效率與能耗水平的核心單元之一。其中，回流罐（Reflux Accumulator Drum）作為塔頂冷凝系統(tǒng)后的關(guān)鍵緩沖設(shè)備，承擔(dān)著冷凝液暫存、氣液進(jìn)一步分離以及回流與外送產(chǎn)品分配的多重功能。其液位測量的可靠性，直接關(guān)系到回流比的穩(wěn)定控制，進(jìn)而影響塔板效率、理論板數(shù)利用率以及產(chǎn)品純度。

　　本案例來自鄭州精細(xì)化工企業(yè)的芳烴類溶劑連續(xù)精餾裝置。該裝置為常年運行裝置，設(shè)計負(fù)荷變化范圍大，對塔頂操作穩(wěn)定性要求高。隨著裝置運行年限增加，原有回流罐液位測量方案逐漸暴露出適應(yīng)性不足的問題，成為制約裝置穩(wěn)定運行的薄弱環(huán)節(jié)。

回流罐工況特征與測量難點分析

　　該回流罐位于塔頂冷凝器之后，屬于典型的高要求液位測量場景，具體工況如下：

• 介質(zhì)特性：塔頂蒸汽冷凝形成的有機溶劑混合液，介電常數(shù)低，且隨組分波動存在變化

• 溫度條件：正常運行溫度約 90–120 ℃，裝置啟停及工況切換時存在短時間高溫沖擊

• 壓力條件：微正壓運行，冷凝負(fù)荷變化導(dǎo)致罐內(nèi)壓力與液位同步波動

• 工藝特征：

• 回流比需根據(jù)產(chǎn)品指標(biāo)頻繁調(diào)整

• 回流泵對液位穩(wěn)定性高度敏感

• 液位變化幅度有限，但變化頻繁

• 冷凝液落入罐內(nèi)易造成液面擾動，局部伴隨泡沫

　　上述工況決定了回流罐液位測量不僅要求“測得準(zhǔn)”，更要求“信號穩(wěn)定、連續(xù)、可長期信賴”。

原測量方案存在的問題

　　在該精餾裝置早期，回流罐液位測量采用傳統(tǒng)的差壓式液位計。雖然這種儀表在常規(guī)液體儲罐中應(yīng)用廣泛，但在精餾塔頂回流罐的工況下，其局限性逐漸顯現(xiàn)。首先，差壓式液位計的測量原理依賴介質(zhì)密度穩(wěn)定，而回流罐中的冷凝液成分復(fù)雜，溫度隨操作條件和冷凝負(fù)荷變化頻繁，這導(dǎo)致介質(zhì)密度出現(xiàn)顯著波動。由于差壓信號與液位高度的換算關(guān)系基于固定密度，實際液位與儀表顯示之間往往存在偏差，嚴(yán)重時液位讀數(shù)與實際液位可能相差數(shù)厘米，直接影響回流比的精確控制。

　　其次，差壓式液位計對長期連續(xù)運行的適應(yīng)性不足。儀表零點會隨著溫度周期變化、管路應(yīng)力和長期使用而漂移，因此需要定期人工校準(zhǔn)。每次校準(zhǔn)不僅增加了維護(hù)成本，還必須在校準(zhǔn)期間對裝置操作進(jìn)行特殊管理，避免液位數(shù)據(jù)不準(zhǔn)帶來的安全隱患和生產(chǎn)波動。這對連續(xù)運行的精餾塔來說，意味著額外的管理負(fù)擔(dān)和潛在的停工風(fēng)險。

　　此外，在動態(tài)工況下差壓式液位計的響應(yīng)速度存在滯后?；亓鞅鹊恼{(diào)整通常需要在短時間內(nèi)完成，以保證塔頂溫度和塔內(nèi)負(fù)荷穩(wěn)定，但儀表響應(yīng)滯后導(dǎo)致液位信號更新滯緩，使回流泵控制出現(xiàn)延遲，影響塔頂液位的實時反饋和回流量調(diào)節(jié)，間接降低了分離效率。

　　關(guān)鍵的是，液位信號的不穩(wěn)定放大了操作風(fēng)險。在部分工況下，液位讀數(shù)偏低可能導(dǎo)致回流泵吸空，而液位讀數(shù)偏高則可能造成罐內(nèi)液體溢出或塔頂液面淹沒，增加安全風(fēng)險和設(shè)備損傷的可能性。這些問題綜合起來，使傳統(tǒng)差壓式液位計難以滿足回流罐對連續(xù)、精確、可靠液位測量的嚴(yán)格要求，也成為制約精餾裝置穩(wěn)定運行和高效分離的薄弱環(huán)節(jié)。

測量方案優(yōu)化思路

　　基于前期差壓式液位計在回流罐液位測量中暴露出的多項問題，業(yè)主在技術(shù)改造方案設(shè)計階段明確提出了對新測量方案的核心要求。

　?。?　液位測量原理必須盡量擺脫介質(zhì)密度、溫度以及壓力變化的影響，以保證在冷凝液成分波動或操作溫度、壓力波動情況下，仍能提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確的液位信號。

　?。?　測量方式應(yīng)適應(yīng)連續(xù)運行的精餾裝置特性，具備長期穩(wěn)定性，降低日常維護(hù)及校準(zhǔn)頻率，從而減少對生產(chǎn)運行的干擾并提升操作可靠性。

　　３.　液位輸出信號需滿足 DCS 回流控制系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性要求，能夠為回流泵及相關(guān)控制環(huán)節(jié)提供高精度、連續(xù)、可追蹤的數(shù)據(jù)支撐。

　　在充分分析回流罐的工況特性及操作需求后，項目組對多種液位測量方案進(jìn)行了綜合評估，包括差壓式、浮球式、導(dǎo)波雷達(dá)以及高頻非接觸雷達(dá)等方案。通過對各方案在溫度適應(yīng)性、介質(zhì)密度變化響應(yīng)、維護(hù)成本、動態(tài)響應(yīng)能力以及與 DCS 系統(tǒng)兼容性等方面的對比，最終確定采用 JWrada®-35 雷達(dá)液位計 作為回流罐的連續(xù)液位測量儀表。該儀表不僅能夠克服傳統(tǒng)差壓式液位計在復(fù)雜工況下的不穩(wěn)定問題，還可在精餾裝置長期運行條件下提供可靠、連續(xù)、精確的液位數(shù)據(jù)，為回流比調(diào)節(jié)與塔頂操作控制提供堅實保障。位測量儀表。

JWrada®-35 雷達(dá)液位計技術(shù)方案說明

　　JWrada®-35 采用 FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）雷達(dá)測量原理，通過發(fā)射高頻電磁波并接收液面反射回波，計算液位高度。該測量方式具備以下顯著優(yōu)勢：

• 具有獨特的軟件優(yōu)勢，包括軟件更新、工況調(diào)試、參數(shù)設(shè)置、故障碼查看等功能

• 工程師可通過云服務(wù)器與現(xiàn)場人員一對一遠(yuǎn)程調(diào)試，實現(xiàn)回波曲線和EFT曲線的實時查看與分析

• 所有功能均由計為自主研發(fā)，目前國內(nèi)其他廠家尚無同類解決方案

• JWrada®-35 采用 FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）雷達(dá)測量原理，通過發(fā)射高頻電磁波并接收液面反射回波計算液位高度

• 非接觸式測量，不與介質(zhì)直接接觸，不受腐蝕、結(jié)垢及工藝污染影響

• 與介質(zhì)物性參數(shù)無關(guān)，基本不受密度、黏度、溫度變化影響

• 對低介電常數(shù)介質(zhì)具有良好適應(yīng)性，適合有機溶劑冷凝液測量

• 信號穩(wěn)定性高，適用于液位變化頻繁但幅度有限的工況

　　在本項目中，JWrada®-35 采用頂部安裝方式，配置適合小口徑接口的高增益天線，確保在回流罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)及氣相擾動存在的情況下，仍能獲得清晰、可靠的液位回波信號。

安裝調(diào)試與參數(shù)優(yōu)化

　　儀表安裝過程中，充分考慮了回流罐內(nèi)部液體落點、進(jìn)出口位置及可能產(chǎn)生的虛假回波源。安裝完成后，通過現(xiàn)場調(diào)試完成以下關(guān)鍵步驟：

• 建立回波學(xué)習(xí)曲線，區(qū)分真實液位回波與罐內(nèi)結(jié)構(gòu)反射

• 設(shè)置合理的測量量程與盲區(qū)參數(shù)

• 優(yōu)化信號濾波與阻尼設(shè)置，提高輸出平穩(wěn)性

• 將 4–20 mA 信號接入 DCS，用于回流控制與液位聯(lián)鎖

　　調(diào)試結(jié)果表明，即使在裝置負(fù)荷波動、冷凝量變化明顯的情況下，液位信號仍保持連續(xù)、平滑，無跳變現(xiàn)象。

運行效果與工程價值

　　JWrada®-35 雷達(dá)液位計投入運行后，回流罐液位測量的可靠性顯著提升：

• 液位信號長期穩(wěn)定，無明顯漂移

• 回流泵運行工況改善，未再發(fā)生吸空問題

• 回流比控制更加平穩(wěn)，塔頂溫度波動明顯減小

• 精餾塔整體分離效率與產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性得到提升

　　業(yè)主反饋認(rèn)為，該雷達(dá)液位計有效消除了回流罐液位測量的不確定性，為精餾裝置的長期、穩(wěn)定、高效運行提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

案例總結(jié)

　　回流罐雖屬于精餾裝置中的輔助設(shè)備，但其液位測量卻直接影響塔頂操作與分離效果。通過在該工況中引入 JWrada®-35 雷達(dá)液位計，成功解決了傳統(tǒng)測量方式在復(fù)雜工況下穩(wěn)定性不足的問題。

　　該案例表明，在對連續(xù)性和穩(wěn)定性要求高的精餾裝置中，采用成熟可靠的雷達(dá)液位測量方案，是保障回流系統(tǒng)精準(zhǔn)控制、提升整體工藝效率的重要技術(shù)手段。