射频导纳技术在蒸发器液位测量中的应用

0 引言

    低温多效蒸馏( LT-MED) 技术由于具有预处理简单、操作温度低、传热效率高、动力消耗小、产水水质好以及运行安全稳定等特点，已成为最具发展前景的海水淡化技术之一^［1］。蒸发器作为 LT-MED 海水淡化大型关键设备，需要对其液位、压力、温度、流量等过程变量进行连续测量和实时监控。其中蒸发器液位参数尤为重要，其测量结果直接参与控制系统的PID 调节和连锁保护，对提高机组的自动化程度和安全经济运行意义重大^[2]。

    目前，基于不同测量原理的连续物位测量方法很多^［3］，主要有直视法( 玻璃管、钢带式) 、测力法( 膈膜式、浮力式) 、电特性法( 电阻式、电导式、电容式) 、压力法( 吹气式、静压式、差压式) 以及辐射法( 超声波、微波雷达、γ 射线) 等，但各种方法均存在一定的适用性和局限性，需要根据不同的测量要求、使用环境及安装维护等因素正确选型。

1 选型中考虑的因素

    30t / d LT-MED 中试装置由 3 效蒸发器、冷凝器、蒸汽喷射泵、真空泵、工作水泵及相应管路组成。根据工艺要求，第 3 效蒸发器海水液位、冷凝器海水液位和产品水集水器液位需要进行连续测量，分别用于实现浓盐水泵、海水取水泵和中间水泵、产品水泵的PID 闭环调节，维持各效蒸发器的物料平衡。中试装置蒸发器如图 1。

     在液位测量仪表的设计选型过程中，应综合考虑以下主要因素:

    1) 运行工况

    蒸发器在低温、负压( －0． 09MPa) 、强腐蚀、易结晶且汽液两相混流等工况下运行，仪表选型中应特别注意传感器的耐真空、抗腐蚀性能，以及由于蒸汽冷凝、膜片结晶、挂料等因素引起的测量误差问题。

    2) 测量范围

    蒸发器高度为 1800mm，其中液位测量范围仅为300mm，测量范围很小，且要求正常液位维持在 150 ～200mm 之间，误差不允许超过 ± 10mm。液位太高影响传热效率，液位太低易造成喷淋量不足或水泵损坏。因此要求液位测量仪表具有较高的精确性和稳定性。

    3) 安装与维护

    由于蒸发器内部结构复杂，且液位测量范围仅相当于蒸发器高度的 1/8 ～ 1/6，因此仪表安装方法普遍采用侧装式，同时要求仪表具有安装调试简单、少维护或免维护、使用周期长等特点。

    4) 价格因素

    在满足工艺测量和使用环境要求的前提下，应充分考虑仪表的成本。

    综合上述因素，对几种常规液位测量方法进行了筛选后发现: 磁翻板液位计的测量误差最小为 ±10mm; 差压变送器对引压管路安装、日常维护等要求较高; 远传法兰差压变送器的安装法兰最小直径为DN80，且毛细管受外界温度影响较大，常规膜片也不能长期在负压状态下工作; 雷达液位计存在测量盲区且价格较高^［4］。上述方法均不适用于 30t/d LT-MED中试装置。因此，最终选择了从电容式基础上发展起来的、耐腐蚀、防挂料、准确可靠、安装调试简单、适用范围广泛且成本相对较低的射频导纳液位计^{［5 －6］}。