[发明专利]用于测量尿素合成设备的压力容器中液位的方法和系统

说明书

一种用于测量压力容器中液位的方法和系统，该方法包括：通过伸长实心杆(5)形式的波导传输电磁信号，并检测由液体表面反射所产生的信号，该波导的底部端浸入液体中。

技术领域

本发明涉及一种用于测量尿素合成设备的压力容器中的液位，特别是当该容器包含液位以上的高压下的和可能处于超临界状态的气相时的液位的方法和系统。本发明涉及的领域为用于尿素合成方法的设备，特别优选尿素合成反应器。

背景技术

通常需要测量化工厂的压力容器，如反应器或气液分离器，的液体水平，例如用于控制运行过程。

现有技术中的用于测量化学反应器中的液位的一种技术包括向液体发送电磁波，例如无线电波，并且检测由液体表面反射的回波。根据信号的发射与回波的检测之间经过的时间得出液位与无线电源之间的距离。此技术也被称为雷达(无线电探测和测距)液位测量。

然而，雷达测量受液体上方的液体磁导的影响。磁导率表示流体允许物质或能量通过的能力。

已经发现当在液位上方存在相对致密的相时，雷达方法的信噪比(S/N)可能并不令人满意。致密的相的实例包括超临界相和/或薄雾，能够影响测量的。该雷达方法具有由液位以上的流体引起的散射的缺点(称为廷德尔效应(Tyndall effect))。

在尿素合成设备中，由于尿素合成设备的工作压力高，温度和压力接近或高于临界值(特别是在尿素合成反应器中)，并且存在腐蚀性液体(例如氨基甲酸铵)，因此测量压力容器中的液位是一项特别具有挑战性的任务。

关于合成尿素的现有技术和设备的概述，可以在Wiley-VCH出版社的《乌尔曼工业化学百科全书》(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，Wiley-VCHVerlag.)中找到。大部分现代尿素工艺使用高压合成回路，该回路包括在约130至160巴的高压下运行的反应器、汽提塔和冷凝器。

通常，氨和二氧化碳在130-160巴和180-200℃下反应生成尿素。尿素的合成包括形成氨基甲酸铵和将氨基甲酸铵转化(脱水)为尿素和水。反应器流出物包含尿素、氨基甲酸铵、未反应的氨和二氧化碳以及水。该反应器流出物被送至汽提塔，在汽提塔内，氨基甲酸铵被加热，并可能通过气态二氧化碳作为汽提介质进行分解。汽提塔的液体流出物是浓缩的尿素溶液，该浓缩的尿素溶液在低压下的一个或多个回收段中进行进一步的处理。从汽提塔抽提出的气相主要由二氧化碳和氨构成，并被送入高压冷凝器，在冷凝器中冷凝为液态氨基甲酸铵，然后再循环至反应器。

上述高压回路的反应器、汽提器和冷凝器中的每一个可能包含处于平衡状态的气相和液相，并且可能需要检测内部的液位，即液相和气相之间的边界。

然而，如上所述，因为接近超临界条件的温度和压力，气相的物理性质趋于接近液相的性质，使得区分该边界变得更加困难。

与过程流体(process liquid)直接接触的探头，如膜片变送器(membranetransmitter)会受到腐蚀并且变得不可靠。因此，在尿素工艺中通常优选非接触系统。使用放射性探针已经获得了良好的结果，但是，这种放射性探针带来了安全和健康问题，因而被逐渐放弃。雷达液位测量表现为一种有希望的技术，但是目前的技术水平并不令人满意。

例如，在尿素合成反应器中，液位以上的流体的密度可以大于100kg/m³，例如约130kg/m³。由于上述原因，这种稠密的流体会对雷达探测液位的信噪比产生负面影响。稠密的气体介质的存在容易导致在气-液界面上形成稳定的薄雾气氛。此外，液体混合物倾向于在液体表面的顶部上形成泡沫层。

已经提出了使用喇叭型雷达来测量尿素反应器中的液位，但是由于信号分散在较大的体积的反应器中，使得效率较差。