摘 要 以尿素精馏塔为对象，结合其生产工艺特点，深入剖析了双法兰差压变送器在液位测量中波纹膜片损坏的具体原因，并提出有针对性的改进措施，提高了液位测量的准确性，延长了变送器的有效使用寿命。
在某公司汽提法尿素生产工艺中，精馏塔是一个非常重要的设备，其主要作用是在一定的温度( 135 ～ 178℃ ) 和压力( 0． 4MPa) 下，将甲铵液进一步分解脱水生成尿素。但由于尿素、甲铵液介质易结晶、易固化等原因，广泛使用双法兰带毛细管的差压变送器( 以下简称双法兰差压变送器) 来测量压力和液位［1］。由于受被测介质高温、高压及强腐蚀等工况的影响，这些双法兰差压变送器易损坏，在精馏塔上的使用寿命都不长，#短的仅有几个月，对生产装置的安全运行极为不利。曾经发生过因双法兰差压变送器故障，长时间输出满偏的假液位信号，自调回路中的调节阀全开，将精馏塔液位排空导致设备窜气的生产事故。目前还没有更好的手段来代替这种检测方式，为保证装置正常运行，笔者对双法兰差压变送器损坏原因进行分析，并提出解决措施。
1 双法兰差压变送器损坏原因剖析
1． 1 故障现象
该公司尿素精馏塔的液位测量都采用双法兰差压变送器，但经过长短不等的运行时间，双法兰差压变送器都会出现大致相同的故障现象: 仪表指示满偏、指示不准或指示波动变化大等问题。所以每年大修时，都要拆检精馏塔双法兰差压变送器。经检查，几乎无一例外地都会发现，双法兰差压变送器的气相波纹膜片已损坏，要么变薄破裂，填充液渗漏，要么只剩法兰体，波纹膜片不知去向，但液相波纹膜片却完好无损。
1． 2 气相膜片损坏的原因
#初怀疑是变送器膜片的质量问题，更换不同的知名变送器品牌( EJA、ABB、ＲOSEMOUNT)和材料( 316L、哈氏合金及钽材等) ，但结果还是出现相同的现象: 气相膜片损坏，液相膜片完好。于是笔者研究了双法兰差压变送器气相与液相的工况区别，气相法兰安装在精馏塔分离器上部，液相法兰安装在分离器下部，当分离器满液时，两者都被甲铵液尿素熔液所浸没，非常好的区别就是液面高度不同而产生的压力差，生产过程中，有可能会出现满液的情况，这也属于正常工作范围。当液面下降，低于气相法兰时，一方面液面波动的冲击力会使气相膜片变形更大，另一方面甲铵液和尿素熔液很容易在气相膜片上形成结晶并硬化，坚硬的结晶物会损伤膜片，同时气相比液相温度更高，腐蚀也更严重，膜片减薄也就更快，而膜片是感压元件，其厚度一般在 0． 4 ～ 0． 5mm，如果被测介质有很强的腐蚀性，即使选用合适的防腐蚀材料做膜片，经过长时间使用，膜片的钝化层会被破坏，腐蚀也是无法避免的，再加上高温高压介质长期冲刷，膜片会越来越薄，#终膜片就很容易破裂，填充液也会渗漏掉，气相膜片也就不能准确灵敏地测量气相的压力变化了。而双法兰差压变送器液相法兰安装在分离器下部，膜片一直浸没在液体中，没有结晶也没有液面波动的冲击力和冲刷腐蚀，温度也比气相低了近 40℃，其减薄的速度相较气相来说很缓慢，可以正常使用很多年而不损坏。
2 改进措施
通过以上分析，总结双法兰差压变送器气相膜片损坏的三大根本原因是:
a． 高温介质甲铵液尿素熔液的强腐蚀性;
b． 甲铵液和尿素易结晶固化;
c． 分离器内液面波动的冲击力和冲刷作用。针对这 3 点原因，笔者分别采取相应的措施加以改进。
用聚四氟乙烯膜保护膜片，减缓介质对气相膜片的腐蚀。在新双法兰差压变送器安装之前，用厚度为 0． 2mm 的聚四氟乙烯膜，按变送器法兰的直径尺寸剪一块圆形的膜备用，然后在气相膜片上均匀涂抺一点高温润滑脂，再把备用的圆形聚四氟乙烯膜松驰无张力的贴到气相膜片上，这样就隔绝了介质跟气相膜片的直接接触，可有效地减缓介质对波纹膜片的腐蚀。
用蒸汽冷凝液消融气相膜片上的结晶物。双法兰双法兰差压变送器的膜片是感压元件，只有保持膜片因压力变化而产生自由形变的特性，变送器才能正常工作。但在尿素精馏塔的工况下，气相膜片上很容易形成甲铵和尿素的结晶物，若不及时消融，随着时间的推移，结晶物会越结越多并固化，严重阻碍膜片对压力的传导，毛细管双法兰变送器也就无法正常准确地测量液位的变化了。为此，选用316L 材料的不锈钢板加工了一个厚度为 18mm，内直径比气相膜片稍大的过渡环，在其正上方开一个8mm 的导淋孔，其尺寸图如图 1 所示。在安装双法兰差压变送器气相法兰时，将过渡环安放在设备法兰与变送器法兰之间，并保持导淋孔在正上方。投入使用后，从导淋孔注入成线状的蒸汽冷凝液细流，由于甲铵和尿素结晶物有遇水即融的特性，这样气相膜片上就不会有结晶物了。
用过渡环片阻挡液面波动的冲击冲刷力。工况条件下，精馏塔分离器内的液面是很不平静的。在汽提汽流的作用下，里面的液体介质上下翻滚，液面形成浪涌不断冲击气相法兰的波纹膜片，加之温度又高，膜片本身又薄，只有 0． 4 ～ 0． 5mm，在连续不断的冲击冲刷下，膜片逐渐减薄。与此同时，随着压力的瞬息变化，膜片也处在不停的形变中，会产生金属疲劳。当膜片薄到一定程度，承受不住压力或液面波动的冲击力时，就会破裂，甚至慢慢从法兰上剥落，填充液也会渗漏掉，双法兰差压变送器也就不能正常工作，准确测量液位变化了。为此，在加工过渡环时，特意将它设计成瓶盖状，其正面底板厚度为 5mm。为了气相正常引压，在过渡环内侧底板底部，也就是冷凝液导淋孔正下方，开了 3 个 8mm 的引压孔，这样一来，压力可以无阻碍地传导至气相波纹膜片上，但因为过渡环有底板的存在，液面的冲击冲刷力被底板阻挡卸除了，作用不到膜片上，对膜片的损伤也就不存在了。
3 实践验证
在该公司生产装置一次大修时( 2016 年) ，按计划对三期尿素精馏塔测量液位的双法兰双法兰差压变送器，在气相法兰上作了以上 3 项改进。大修后装置开车投用至今，变送器工作一切正常，这远远超过以往#多正常工作半年的时间。并且，变送器对精馏塔液位变化反应也很灵敏、准确，与调节阀组成的自调回路，可以根据工艺需要，将液位平稳控制在测量范围内的任一高度，为装置安全高效生产提供了可靠的测控保障。
4 结束语
双法兰差压变送器在化工生产中使用较为广泛，因工况不同而出现的故障也千差万别，笔者专门针对气相膜片损坏的故障现象，作了缜密的原因剖析，找准了波纹膜片损坏的根源，并分别作了针对性的应用改进措施，解决了气相膜片损坏的问题。在化工生产中，介质易结晶的工况很多，不管是测压力还是测液位，都可试着按此思路和方法，加以改进应用。
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