[go: up one dir, main page]

RU2767720C2 - Способ и система измерения уровня жидкости в работающем под давлением сосуде установки синтеза мочевины - Google Patents

Способ и система измерения уровня жидкости в работающем под давлением сосуде установки синтеза мочевины Download PDF

Info

Publication number
RU2767720C2
RU2767720C2 RU2020118308A RU2020118308A RU2767720C2 RU 2767720 C2 RU2767720 C2 RU 2767720C2 RU 2020118308 A RU2020118308 A RU 2020118308A RU 2020118308 A RU2020118308 A RU 2020118308A RU 2767720 C2 RU2767720 C2 RU 2767720C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid level
signal
liquid
rod
waveguide
Prior art date
Application number
RU2020118308A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2020118308A3 (ru
RU2020118308A (ru
Inventor
Лука РУНЬОНЕ
Original Assignee
Касале Са
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=60331517&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2767720(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Касале Са filed Critical Касале Са
Publication of RU2020118308A publication Critical patent/RU2020118308A/ru
Publication of RU2020118308A3 publication Critical patent/RU2020118308A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2767720C2 publication Critical patent/RU2767720C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Изобретение применимо в области оборудования для синтеза мочевины. Система измерения уровня жидкости в работающем под давлением сосуде установки синтеза мочевины включает излучатель, удлиненный сплошной стержневой волновод и приемник. Причем излучатель расположен над уровнем жидкости и выполнен с возможностью передачи первого электромагнитного сигнала по удлиненному стержневому волноводу в направлении уровня жидкости. Приемник выполнен с возможностью обнаружения второго электромагнитного сигнала, образующегося при отражении первого сигнала от поверхности жидкости. При этом система обеспечивает выдачу результата измерения уровня жидкости, определенного по разнице времени передачи первого сигнала излучателем и времени обнаружения второго сигнала приемником, и сосуд выполнен с возможностью работы при давлении, равном или превышающем 80 бар абс., и температуре, равной или превышающей 120°С, а стержневой волновод содержит по меньшей мере один источник эталонного отражения для вычисления фактической скорости сигнала в газовой фазе над уровнем жидкости. Техническим результатом является повышение точности измерений в присутствии близкой к критической или сверхкритической текучей среды над поверхностью жидкости. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к способу и системе измерения уровня жидкости в работающем под давлением сосуде установки синтеза мочевины, в частности в условиях, когда сосуд содержит над уровнем жидкости газовую фазу при высоком давлении и, возможно, в сверхкритическом состоянии. Изобретение применимо в области оборудования для синтеза мочевины и, особенно предпочтительно, для реактора синтеза мочевины.
Уровень техники
Измерение уровня жидкости в работающем под давлением сосуде (так называемые сосуды высокого давления) химической установки, например реактора или газо-жидкостного сепаратора, часто требуется, например, для управления процессом.
Одним или известных способов измерения уровня жидкости в химическом реакторе является использования электромагнитного излучения, например радиоволны, направляемой в сторону жидкости, с последующим приемом волны, отраженной от поверхности жидкости. Промежуток времени между моментом излучения сигнала и приемом эхо-сигнала определяет расстояние уровня жидкости от источника радиоизлучения. Этот способ также называют радарным (от radar radio detection and ranging радиообнаружение и измерение дальности) измерением уровня.
Радарные измерения, однако, подвержены влиянию проницаемости текучей среды, находящейся над жидкостью. Проницаемость означает способность текучей среды пропускать материю или энергию.
Было замечено, что отношение сигнал/шум (S/N) в радарном способе может оказаться недостаточным, если над поверхностью жидкости находится относительно плотная фаза. Примером такой плотной фазы, которая может повлиять на измерения, может служить сверхкритическая фаза и/или туман. Недостатком радарного способа является рассеяние, вызываемое текучей средой над уровнем жидкости (т.н., эффект Тиндаля).
В установке синтеза мочевины, измерение уровня жидкости в работающем под давлением сосуде является особенно сложной задачей из-за высокого рабочего давления оборудования синтеза мочевины, температуры и давления, близких к критическим значениям или превосходящих их (в частности, в реакторе синтеза мочевины), и присутствия агрессивных текучих сред, например карбамината аммония.
Обзор известных методов и оборудования для синтеза мочевины можно найти в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH Verlag. В большинстве процессов получения мочевины используется контур синтеза при высоком давлении, включающий реактор, десорбер и конденсатор, работающие при высоком давлении, примерно 130-160 бар.
Как правило, реакция диоксида углерода и аммиака с образованием мочевины проводится при давлении 130-160 бар и температуре 180-200°С. Синтез мочевины включает образование карбамината аммония и конверсию (дегидратацию) этого карбамината аммония в мочевину и воду. Выходной поток реактора содержит мочевину, карбаминат аммония, непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода и воду. Этот выходной поток реактора направляется в десорбер, где карбаминат аммония разлагается под действием тепла и, возможно, газообразного диоксида углерода в качестве десорбирующей среды. Жидким отходящим потоком десорбера является концентрированный раствор мочевины, далее подвергаемый обработке в одной или более секций регенерации при более низком давлении. Газовая фаза, отводимая из десорбера и преимущественно состоящая из диоксида углерода и аммиака, направляется в конденсатор высокого давления, где конденсируется в жидкий карбаминат аммония и возвращается обратно в реактор.
В каждом из упомянутых выше реакторе, десорбере и конденсаторе контура высокого давления может содержаться газовая фаза и жидкая фаза, находящиеся в равновесии, и в каждом может потребоваться измерение уровня жидкости внутри, определяемого границей раздела между жидкой фазой и газовой фазой.
Однако, как было показано выше, температура и давление вблизи сверхкритических состояний делают более трудным различение этой границы, поскольку физические свойства газовой фазы стремятся к сближению со свойствами жидкой фазы.
Зонды, непосредственно соприкасающиеся с технологической текучей средой, например, мембранные передатчики, страдают от коррозионного воздействия и не отличаются надежностью. Поэтому в технологии получения мочевины обычно предпочтительно использование бесконтактных систем. Хорошие результаты были получены с радиоактивными зондами, применение которых сопряжено, однако, с проблемами безопасности и угрозе здоровью, поэтому от них постепенно отказываются. Радарный способ измерения представляется перспективным, однако текущее состояние этой технологии нельзя признать удовлетворительным.
Например, в реакторе синтеза мочевины, текучая среда над уровнем жидкости может иметь плотность более 100 кг/м3, например, примерно 130 кг/м3. Столь плотная текучая среда негативно влияет на отношение S/N при обнаружении радаром уровня жидкости в силу упомянутых выше причин. Наличие среды плотного газа легко приводит к формированию устойчивой атмосферы тумана над границей раздела газ/жидкость. Кроме того, смесь жидкостей проявляет склонность к формированию слоя пены поверх поверхности жидкости.
Было предложено измерять уровень жидкости в реакторе синтеза мочевины радаром с рупорным излучателем, эффективность которого, однако, оказалась невелика, т.к. сигнал рассеивается в большом объеме реактора.
В WO 2013/036108 также рассматривается задача измерения уровня жидкости в реакторе со сверхкритической текучей средой, в частности, в реакторе мочевины, и описывается радарный способ, в котором электромагнитные волны излучаются в направлении жидкости с использованием трубки, расположенной так, что ее нижний конец располагается над заданным минимальным уровнем жидкости, концевая часть трубки является отражающей поверхностью, и трубка имеет по меньшей мере одно отверстие для прохождения газа и по меньшей мере одно отверстие для поступления жидкости.
Предложенный способ, однако, не решает полностью описанные проблемы и не устраняет недостатки. Использование полой трубки направлено на удерживание излучения радара в более стабильной среде, по сравнению с рупорным радаром, однако не устраняет воздействия тумана или пены, расположенных поверх жидкости. Кроме того, установка относительно большой полой трубки в реакторе синтеза мочевины сопряжено с дополнительными затратами может нарушить работу собственно реактора.
В попытке сделать радарную систему с направляющей трубкой менее чувствительной к описанным негативным воздействиям (например, эффекту Тиндаля), в известных системах предлагают повысить частоту сигнала до, примерно, 6 ГГц или более. Однако недостатком повышения частоты является более дорогое оборудование. В частности, должна быть изменена конструкция излучателя и приемника. Другим недостатком известных систем является низкая энергоэффективность. Энергия сигнала быстро рассеивается при его свободном распространении через газовую среду, поэтому для работы системы требуется больше мощности. Использование полой трубки не решает этой проблемы низкой энергоэффективности.
Другая проблема измерения уровня жидкости в оборудовании высокого давления для получения мочевины состоит в том, что диэлектрическая постоянная паровой фазы над уровнем жидкости может быть значительно выше 1. Когда паровая фаза находится под низким давлением и далеко от сверхкритического состояния, диэлектрическую постоянную можно принять равной 1 с небольшой погрешностью, что позволяет считать скорость распространения электромагнитного сигнала через паровую фазу равной скорости с света в вакууме.
Это предположение, однако, не соблюдается при высоком давлении, в частности, когда давление приближается к критическому давлению pcr. В этом случае, фактическая скорость света ν в газовой среде обратно пропорциональна квадратному корню из диэлектрической постоянной εr газовой фазы, в соответствии с выражением:
Figure 00000001
где символ ∝ означает пропорциональность. При этом условии фактическая скорость сигнала оказывается значительно ниже с. Предположение о равенстве скорости сигнала скорости с, таким образом, приведет к тому, что уровень жидкости окажется ниже (дальше от зонда), чем на самом деле.
В US 2012/0242532 раскрывается рефлектометрия с временным разрешением (TMR англ. time domain reflectometry), применительно к способу измерения уровня каталитической суспензии полимеризации этилена, проводимой при низком давлении и в присутствии газовой фазы, предпочтительно состоящей из азота при относительно низком давлении.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на обеспечение радарного способа измерения, менее чувствительного к рассеянию, вызываемому текучей средой над поверхностью жидкости.
В частности, одной задачей изобретения является обеспечение радарного способа, обладающего большей точностью в присутствии близкой к критической или сверхкритической текучей среды над поверхностью жидкости. В данном описании термином сверхкритическая текучая среда обозначают текучую среду, температура и давление которой превышают критические значения. Средой, близкой к критической, обозначают среду, температура и/или давление которой близки к критическим значениям.
Другой задачей является обеспечение способа, менее подверженного воздействию плотной газовой фазы и/или слоя пены поверх границы раздела жидкость/газ. Другой задачей является обеспечение способа, характеризующегося большей эффективностью, но меньшим энергопотреблением. Еще одной задачей изобретения является обеспечение способа определения уровня жидкости в работающем под давлением сосуде установки получения мочевины, в частности, в контуре синтеза высокого давления.
Поставленные задачи решаются способом в соответствии с п. 1 формулы. Другие особенности изобретения описываются в зависимых пунктах.
Способ в соответствии с изобретением включает шаг излучения первого электромагнитного сигнала от точки над уровнем жидкости в направлении уровня жидкости, через волновод, представляющий удлиненный сплошной стержень, простирающийся ниже уровня (под уровень) жидкости. Кроме того, способ включает прием второго электромагнитного сигнала, образующегося при отражении первого сигнала от поверхности жидкости, и определение уровня жидкости по временной задержке между излучением первого сигнала и приемом второго сигнала.
Газовая фаза, находящаяся в работающем под давлением сосуде над уровнем жидкости и содержащая аммиак и диоксид углерода, имеет давление, равное и превышающее 80 бар, и температуру, равную или превышающую 120°С. Предпочтительно, давление составляет по меньшей мере 130 бар или больше, а температура составляет по меньшей мере 120°С, предпочтительно, от 140°С до 210°С. В работающем под давлением сосуде контура высокого давления синтеза мочевины, как правило, давление и температура составляют от 140 до 220 бар и от 170 до 210°С, соответственно. Давление указано в величинах избыточного давления.
Газовая фаза формируется парами, находящимися в равновесии с расположенной под ними жидкой фазой. В наиболее распространенных вариантах выполнения, газовая фаза образована преимущественно аммиаком и диоксидом углерода, остальное может состоять из воды и неконденсируемых газов.
В способе в соответствии с изобретением используется сплошной стержень в качестве волновода для передачи сигнала в среде над уровнем жидкости. Сплошной стержень частично погружен в жидкость. Когда сигнал достигает уровня жидкости, проходя по волноводу в виде сплошного стержня, частичное отражение от поверхности жидкости создает второй сигнал, распространяющийся в противоположном направлении. Второй сигнал также направляется волноводом в виде сплошного стержня. Второй сигнал обнаруживается, и по времени распространения сигнала вычисляется положение поверхности жидкости, которая и определяет уровень жидкости.
Определение уровня жидкости включает, предпочтительно, шаг компенсации диэлектрической постоянной газовой фазы над уровнем жидкости, которая может находится в состоянии, близком к критическому, или в сверхкритическом состоянии.
Предпочтительно, эта компенсация включает формирование эталонного отражения от известной точки сплошного стержня над уровнем жидкости и вычисления фактической скорости сигнала на основе этого эталонного отражения. Эталонное отражение генерируется изменением по меньшей мере одного признака стержня, например, изменением диаметра стержня. Поскольку положение источника эталонного отражения известно, время распространения эталонного отражения в сравнении с ожидаемым временем распространения позволит определить фактическую скорость в среде. Этот способ позволяет учесть диэлектрическую постоянную газовой фазы.
Термин "сплошной стержень" означает удлиненное тело, не имеющее внутренней полости. Волновод в виде сплошного стержня имеет поперечное сечение, которое представляется связным, т.е., не имеющим отверстия. В соответствии с другими вариантами выполнения, поперечное сечение стержневого волновода является круглым или многоугольным, т.е., стержневой волновод может быть цилиндрическим стержнем или квадратным стержнем или, в более общем случае, многогранным стержнем.
В соответствии с другими вариантами выполнения, стержневой волновод может быть прямолинейным или криволинейным. В одном варианте выполнения, стержневым волноводом является криволинейный волновод с изгибом 90°. Вариант выполнения с криволинейным волноводом упрощает боковую установку системы вместо верхней. Боковая установка с искривленным стержнем более предпочтительна, например, для использования в десорбере мочевины.
Предпочтительно, нижняя часть стержневого волновода перпендикулярна плоскости измеряемого уровня жидкости.
Предпочтительно, первый электромагнитный сигнал, передаваемый по сплошному стержневому волноводу, имеет частоту менее 1,5 ГГц. Частота, предпочтительно, составляет от 100 МГц до 1,5 ГГц, более предпочтительно, от 100 МГц до 1,2 ГГц, еще более предпочтительно, от 100 МГц до 1 ГГц. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, эта частота составляет от 0,5 до 1 ГГц.
Стержневой волновод имеет, предпочтительно, длину не более 5 м, более предпочтительно, не более 3 метров. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, стержень может иметь модульную конструкцию, содержащую несколько частей. Предпочтительно, каждая из этих модульных частей стержня имеет длину от 500 мм до 2,5 м.
Особенно предпочтительный вариант выполнения, включает стержневой волновод в форме цилиндрического стержня диаметром от 12 до 20 мм, предпочтительно, от 14 до 18 мм.
Другой особенностью настоящего изобретения является система для измерения уровня жидкости, содержащейся в работающем под давлением сосуде установки синтеза мочевины, согласно формуле изобретения. Система включает излучатель и приемник, соединенные со стержневым волноводом. В некоторых вариантах выполнения, излучатель и приемник представляют одно устройство (совмещенный излучатель/приемник).
Заявитель установил, что использование сплошного стержневого волновода дает неожиданные преимущества, в частности, в присутствии тумана или пены над уровнем жидкости. Кроме того, Заявитель установил, что относительно низкие частоты обеспечивают надежное, стабильное и точное измерение даже и в жестких условиях, таких, например, как в сверхкритическом или близком к критическому реакторе.
Представляется, что это достигается благодаря тому, что сигнал распространяется преимущественно по поверхности сплошного стержневого волновода. На поверхности жидкости, сигнал частично отражается обратно к излучателю по тому же стержню. Сигнал не распространяется свободно в среде (то есть, в газовой фазе над жидкостью), что в известных устройствах сопровождается сильным рассеянием энергии, и не подвергается воздействию находящихся здесь тумана или пены. Соответственно, способ обладает большей точностью и требует меньших энергозатрат по сравнению с известными технологиями.
В изобретении используется сигнал низкой частоты, например, менее 100 МГц, по сравнению с известными устройствами. Более низкой частоте соответствует большая длина волны, а на более длинных волнах ослабляется взаимодействие сигнала с очень мелкими капельками тумана или пены над уровнем жидкости. Эффекты такого взаимодействия наиболее выражены, когда длина волны сравнима с размером таких частиц; благодаря уменьшению частоты с соответствующим увеличением длины волны, в изобретении сигнал оказывается значительно менее чувствительным к подобным источникам помех.
Например, в существующей радарной системе, использующей высокочастотное излучение с частотой более 10 ГГц, например от 40 до 80 ГГц, длина волны составляла бы примерно 1 мм, что сравнимо с размером частиц тумана или пены в среде под высоким давлением. Радарная система в соответствии с изобретением с частотой менее 1 ГГц, например 100 МГц, будет иметь излучение с длиной волны более 1 метра, не взаимодействующее с таким туманом или пеной.
Другое преимущество изобретения состоит в том, что не требуется установка в работающий под давлением сосуд крупных элементов, например, большой полой трубы. В некоторых вариантах выполнения, вокруг стержневого волновода может быть установлена защитная труба, в частности, если стержень имеет значительную длину, но это не является существенным признаком изобретения.
Описанный способ применим для различных известных реакторов получения мочевины и различных процессов с участием мочевины, включая, помимо прочего, процесс десорбции СО2 из мочевины, и десорбции аммиака или процесс автодесорбции, описанные в соответствующей литературе.
Преимущества будут более понятны при ознакомлении с приведенным далее описанием, относящимся к предпочтительному варианту выполнения.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлен работающий под давлением сосуд, конкретно, реактор синтеза мочевины с системой измерения уровня жидкости, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;
на фиг. 2 представлены некоторые примеры поперечного сечения стержневого волновода системы, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 изображен фрагмент соединения системы с фланцем работающего под давлением сосуда, в соответствии с изобретением;
на фиг. 4 изображен фрагмент дальнего конца стержневого волновода, в соответствии с изобретением;
на фиг. 5 представлен другой вариант выполнения изобретения.
Подробное описание осуществления изобретения
На фиг. 1 показан реактор синтеза мочевины, включающий сосуд 1 высокого давления (работающий под давлением сосуд/емкость) измерения уровня жидкости, в соответствии с вариантом выполнения изобретения.
Система измерения уровня жидкости содержит совмещенное радарное устройство 2 "излучатель (передатчик)/приемник", установленное сверху сосуда 1 высокого давления.
Сосуд 1 высокого давления содержит жидкость до уровня 3 жидкости. В пространстве 4 над уровнем 3 жидкости находится газовая фаза или сверхкритическая текучая среда в состоянии равновесия с жидкостью под ней.
Совмещенное устройство 2 включает как излучатель радара, так и приемник радара, и присоединено к стержневому волноводу 5, проходящему внутрь реактора 1 на расстояние, перекрывающее измеряемый интервал уровней. Дальний конец стержневого волновода 5 находится ниже уровня 3 жидкости, поэтому стержневой волновод 5 частично погружен в жидкость.
Передатчик устройства 2 излучает сверхвысокочастотные (СВЧ) волны, распространяющиеся вниз по стержневому волноводу 5. При достижении уровня 3 жидкости, являющегося границей раздела жидкость/газ, СВЧ волны отражаются и распространяются обратно к приемнику совмещенного устройства 2. Затем, на основании времени задержки (времени распространения сигнала), в соответствующем узле обработки системы вычисляется расстояние до уровня 3 жидкости от излучателя/приемника. Этот узел обработки может входить в состав устройства 2.
Сосуд 1 высокого давления имеет крышку 6 и днище 7. На фиг. 1 также показаны и другие компоненты сосуда 1 высокого давления: впускное отверстие 10, выпускное отверстие 11 для жидкости, присоединенное к сливной трубе 12, газоотвод 13 и несколько внутренних тарелок 14.
В процессе работы, реагенты (например, аммиак и диоксид углерода) вводятся через впускное отверстие 10, жидкий продукт (например, раствор мочевины) отводится через выпускное отверстие 11 для жидкости, и пары удаляются через газоотводный патрубок 13. Расход через выпускное отверстие 11 регулируется таким образом, чтобы поддерживать заданный уровень 3 внутри реактора, например, для обеспечения достаточного объема пространства 4, посредством управления клапаном 15 регулирования уровня на линии 16, подсоединенной к выпускному отверстию 11.
На фиг. 2 изображены частные варианты поперечных сечений стержневого волновода 5, перпендикулярные оси А-А на фиг. 1. Видно, что стержневой волновод 5 имеет сплошное поперечное сечение; на чертеже представлены примеры цилиндрического стержня (а), квадратного стержня (b) и многогранного стержня (с).
На фиг. 3 представлен вариант выполнения радарного устройства 2, расположенного сверху работающего под давлением сосуда.
Радарное устройство 2 посредством фланца 16 прикреплено к фланцу 17 аппарата. Для герметизации соединения между фланцами установлено уплотнительное кольцо 18. Уплотнительное кольцо 18, в варианте выполнения, включает боковое ответвление 19 для закачивания промывочного раствора.
Закачивание промывочного раствора через боковое ответвление 19 может осуществляться периодически, например, закачивание конденсированного пара для промывки, либо непрерывно, например, закачивание реагентов (например, диоксида углерода или аммиака для синтеза мочевины). Непрерывное закачивание промывочного раствора может использоваться для предохранения стержневого волновода 5 от прямого контакта с агрессивной средой и увеличения срока службы прибора.
Радарное устройство 2 имеет сигнальное соединение 20 для выходного сигнала, соответствующего определенному уровню 3 жидкости. В некоторых вариантах выполнения, радарное устройство 2 также может иметь корпус с ребрами для охлаждения.
На фиг. 3 показан вариант выполнения, включающий опциональную внешнюю трубу 21 вокруг стержневого волновода 5. Предпочтительно, эта внешняя труба 21 имеет отверстия для прохода газа и дренажа, и для выравнивания давления. Эта внешняя труба 21 может иметь диаметр, например, от 25 до 100 мм, предпочтительно, от 40 до 80 мм. Внешняя труба 21 может быть присоединена к одному или более держателям 22, прикрепленным к сосуду высокого давления или подходящим внутренним элементам, для подавления колебаний.
Как показано на фиг. 4, дальний конец стержневого волновода 5 также может быть закреплен на опоре 23, выполненной из подходящего материала, например РЕЕК (полиэфирэфиркетон) или Teflon®. Эта опора 23 соединяется с сосудом штангой 24.
Стержневой волновод 5 выполнен из подходящего материала в соответствии с условиями применения. Например, если сосудом 1 высокого давления является оборудование установки получения мочевины, стержневой волновод 5, предпочтительно, выполнен из материала карбамидного класса, например, супер-аустенитной стали или супер-дуплексной нержавеющей стали.
На фиг. 5 представлен другой вариант выполнения, в котором стержневой волновод 5 искривлен. Например, стержень 5 имеет изгиб 90°. Радиус изгиба, предпочтительно, составляет от 100 до 400 мм. В этом варианте выполнения, полная длина стержневого волновода 5 обычно менее 3000 мм, и нет необходимости в использовании внешней трубы. Данный вариант выполнения с криволинейным волноводом особенно предпочтителен для измерения уровня в десорберах мочевины высокого давления.
В некоторых вариантах выполнения, стержневой волновод 5 содержит источник эталонного отражения над уровнем жидкости, например в форме уступа (изменения диаметра) над уровнем жидкости. Это эталонное отражение используется для вычисления фактической скорости сигнала с учетом влияния газовой фазы над уровнем жидкости.

Claims (26)

1. Способ измерения уровня (3) жидкости в работающем под давлением сосуде (1) установки синтеза мочевины, при осуществлении которого:
излучают через волновод первый электромагнитный сигнал над уровнем жидкости в направлении уровня жидкости;
принимают второй электромагнитный сигнал, образующийся при отражении первого сигнала от поверхности жидкости,
определяют уровень жидкости по временной задержке между излучением первого сигнала и приемом второго сигнала,
причем газовая фаза, находящаяся в работающем под давлением сосуде над уровнем жидкости и содержащая аммиак и диоксид углерода, имеет давление, равное и превышающее 80 бар, и температуру, равную или превышающую 120°С,
отличающийся тем, что в качестве волновода используют удлиненный сплошной стержень (5), простирающийся ниже уровня жидкости, а при определении уровня жидкости компенсируют диэлектрическую постоянную газовой фазы.
2. Способ по п. 1, в котором компенсация включает создание эталонного отражения от известной точки стержня (5) над уровнем жидкости и вычисление фактической скорости сигнала на основе этого эталонного отражения.
3. Способ по п. 2, в котором эталонное отражение создается путем изменения диаметра стержня.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором первый сигнал имеет частоту менее 1,5 ГГц.
5. Способ по п. 4, в котором первый сигнал имеет частоту от 100 МГц до 1,5 ГГц и предпочтительно от 100 МГц до 1 ГГц.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором используют прямой или криволинейный стержневой волновод.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере температура или давление газовой фазы превосходит критическую величину.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором длина сплошного стержневого волновода составляет не более 5 метров, предпочтительно не более 3 метров.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором сплошным стержневым волноводом является цилиндрический стержень.
10. Способ по п. 9, в котором стержень имеет диаметр от 12 до 20 мм, предпочтительно от 14 до 18 мм.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором работающим под давлением сосудом является любой аппарат из реактора высокого давления, десорбера высокого давления или конденсатора высокого давления установки синтеза мочевины.
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором газовая фаза над уровнем жидкости состоит преимущественно из аммиака и диоксида углерода.
13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором давление газовой фазы над уровнем жидкости равно или более 120 бар, предпочтительно в интервале от 140 до 220 бар, а температура составляет от 140 до 210°С.
14. Система измерения уровня (3) жидкости в работающем под давлением сосуде (1) установки синтеза мочевины в соответствии со способом по любому из пп. 1-13, включающая излучатель, удлиненный сплошной стержневой волновод (5) и приемник, причем:
излучатель расположен над уровнем жидкости и выполнен с возможностью передачи первого электромагнитного сигнала по удлиненному стержневому волноводу в направлении уровня жидкости;
стержневой волновод (5) проходит от положения над уровнем жидкости, а его нижний конец расположен ниже уровня жидкости;
приемник выполнен с возможностью обнаружения второго электромагнитного сигнала, образующегося при отражении первого сигнала от поверхности жидкости;
система обеспечивает выдачу результата измерения уровня жидкости, определенного по разнице времени передачи первого сигнала излучателем и времени обнаружения второго сигнала приемником, и
сосуд выполнен с возможностью работы при давлении, равном или превышающем 80 бар абс., и температуре, равной или превышающей 120°С, а
стержневой волновод содержит по меньшей мере один источник эталонного отражения для вычисления фактической скорости сигнала в газовой фазе над уровнем жидкости.
15. Система по п. 14, в которой излучатель и приемник являются частями совмещенного излучателя/приемника (2).
RU2020118308A 2017-11-16 2018-11-06 Способ и система измерения уровня жидкости в работающем под давлением сосуде установки синтеза мочевины RU2767720C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17202123 2017-11-16
EP17202123.0 2017-11-16
PCT/EP2018/080264 WO2019096623A1 (en) 2017-11-16 2018-11-06 A method and system for measuring a liquid level in a pressure vessel of a urea synthesis plant

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020118308A RU2020118308A (ru) 2021-12-16
RU2020118308A3 RU2020118308A3 (ru) 2022-01-10
RU2767720C2 true RU2767720C2 (ru) 2022-03-18

Family

ID=60331517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020118308A RU2767720C2 (ru) 2017-11-16 2018-11-06 Способ и система измерения уровня жидкости в работающем под давлением сосуде установки синтеза мочевины

Country Status (11)

Country Link
US (1) US12203795B2 (ru)
EP (1) EP3710794B1 (ru)
CN (1) CN111344541B (ru)
AU (1) AU2018366927A1 (ru)
BR (1) BR112020009599B1 (ru)
CA (1) CA3077632A1 (ru)
MY (1) MY196696A (ru)
RU (1) RU2767720C2 (ru)
SA (1) SA520411782B1 (ru)
UA (1) UA126296C2 (ru)
WO (1) WO2019096623A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3786593A1 (en) * 2019-08-30 2021-03-03 Casale Sa A method for measuring a liquid level in a pressure vessel
IT202000017122A1 (it) * 2020-07-15 2022-01-15 Saipem Spa Dispositivo e metodo di misura di un livello di liquido in una apparecchiatura
US20230077375A1 (en) * 2021-07-24 2023-03-16 Rochester Sensors, Llc Device, system and method for rodless guided microwave radiation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125245C1 (ru) * 1997-06-30 1999-01-20 Совлуков Александр Сергеевич Способ определения уровня вещества в емкости
US6121780A (en) * 1996-10-07 2000-09-19 Cruickshank; William T. Material interface level sensing
US6690320B2 (en) * 2000-06-13 2004-02-10 Magnetrol International Incorporated Time domain reflectometry measurement instrument
EA005706B1 (ru) * 2000-08-02 2005-04-28 Эндресс + Хаузер Гмбх + Ко. Кг Устройство для измерения уровня загружаемого материала в резервуаре
US8872695B2 (en) * 2011-06-14 2014-10-28 Rosemount Tank Radar Ab Guided wave radar level gauge system with dielectric constant compensation through multi-mode propagation

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0544056B1 (en) 1991-11-14 1998-06-24 Urea Casale S.A. Process for urea production with differentiated yield reaction spaces
US5827985A (en) 1995-12-19 1998-10-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Sensor apparatus for process measurement
TW385307B (en) * 1996-08-30 2000-03-21 Dsm Nv Process for the preparation of urea
US6073492A (en) * 1998-12-17 2000-06-13 Kay-Ray Sensall, Inc. Ultrasonic sensor for very high temperatures and pressures
WO2001081716A2 (en) * 2000-04-24 2001-11-01 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A method for sequestering a fluid within a hydrocarbon containing formation
US6915689B2 (en) * 2002-11-21 2005-07-12 Saab Rosemount Tank Radar Ab Apparatus and method for radar-based level gauging
US6795015B2 (en) * 2003-01-29 2004-09-21 Saab Rosemount Tank Radar Ab Bottom reflector for a radar-based level gauge
US20050241391A1 (en) 2004-04-29 2005-11-03 K-Tek, L.L.C. Targeted guided wire level measuring device
US7334451B1 (en) * 2005-05-20 2008-02-26 K-Tek Corporation Level meter threshold detection system
JP4928740B2 (ja) * 2005-05-31 2012-05-09 東洋エンジニアリング株式会社 尿素合成方法および装置
DE102006019191A1 (de) 2006-04-21 2007-10-25 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter
US7525476B1 (en) 2007-11-13 2009-04-28 Rosemount Tank Radar Ab System and method for filling level determination
US8018373B2 (en) 2008-12-19 2011-09-13 Rosemount Tank Radar Ab System and method for filling level determination
US9050573B2 (en) 2009-12-18 2015-06-09 Total Research & Technology Feluy Method for monitoring the level of an ethylene polymerization catalyst slurry
PL2753902T3 (pl) * 2011-09-06 2019-10-31 Stamicarbon Radarowy pomiar poziomu
NZ596549A (en) * 2011-11-21 2014-05-30 Carbonscape Ltd Apparatus and method for processing biomass
EP2631611A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-28 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for measuring a level of a surface of a filling product
US8842039B2 (en) * 2012-05-23 2014-09-23 Rosemount Tank Radar Ab Guided wave radar level gauge with improved sealing arrangement
US9228877B2 (en) 2012-09-26 2016-01-05 Rosemount Tank Radar Ab Guided wave radar level gauge system with dielectric constant compensation through multi-frequency propagation
US9069056B2 (en) * 2012-10-17 2015-06-30 Magnetrol International, Incorporated Guided wave radar probe reference target
ITMI20130268A1 (it) * 2013-02-25 2014-08-26 Saipem Spa Metodo e sistema per l'abbattimento di ammoniaca da un flusso gassoso di scarico di un impianto urea
US9383246B2 (en) * 2013-09-06 2016-07-05 Rosemount Tank Radar Ab Sectioned probe for a radar level gauge
US9541443B2 (en) * 2013-12-23 2017-01-10 Rosemount Tank Radar Ab Guided wave radar level gauging with probe retaining element
EP2921403B1 (en) * 2014-03-19 2017-03-01 Safran Landing Systems UK Limited A shock absorber and a method of determining the level of liquid in a shock absorber
EP2955506A1 (en) * 2014-06-11 2015-12-16 Casale SA A method for in-line quantitative analysis of a stream in a production plant for the synthesis of urea
EP2982400A1 (en) * 2014-08-07 2016-02-10 Valtronic Technologies (Holding) SA Device for attachment to a portable liquid injection device
US20160334262A1 (en) * 2015-05-11 2016-11-17 Honeywell International Inc. Tensioned coaxial probe for level measurement
CN107923785B (zh) 2015-07-09 2020-01-31 艾克森赛股份公司 提供液体液位的气体组分和温度补偿声学测量的装置
ES2742830T3 (es) 2016-09-20 2020-02-17 Sp Technical Res Institute Of Sweden Método y sistema para medir el contenido energético del gas
JP6947914B2 (ja) * 2017-08-18 2021-10-13 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 高圧高温下のアニールチャンバ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6121780A (en) * 1996-10-07 2000-09-19 Cruickshank; William T. Material interface level sensing
RU2125245C1 (ru) * 1997-06-30 1999-01-20 Совлуков Александр Сергеевич Способ определения уровня вещества в емкости
US6690320B2 (en) * 2000-06-13 2004-02-10 Magnetrol International Incorporated Time domain reflectometry measurement instrument
EA005706B1 (ru) * 2000-08-02 2005-04-28 Эндресс + Хаузер Гмбх + Ко. Кг Устройство для измерения уровня загружаемого материала в резервуаре
US8872695B2 (en) * 2011-06-14 2014-10-28 Rosemount Tank Radar Ab Guided wave radar level gauge system with dielectric constant compensation through multi-mode propagation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020118308A3 (ru) 2022-01-10
AU2018366927A1 (en) 2020-04-23
CA3077632A1 (en) 2019-05-23
CN111344541B (zh) 2022-04-22
MY196696A (en) 2023-04-30
EP3710794B1 (en) 2023-05-17
US12203795B2 (en) 2025-01-21
BR112020009599B1 (pt) 2023-12-05
BR112020009599A2 (pt) 2020-11-03
WO2019096623A1 (en) 2019-05-23
US20210172785A1 (en) 2021-06-10
CN111344541A (zh) 2020-06-26
EP3710794A1 (en) 2020-09-23
SA520411782B1 (ar) 2024-04-09
RU2020118308A (ru) 2021-12-16
UA126296C2 (uk) 2022-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2767720C2 (ru) Способ и система измерения уровня жидкости в работающем под давлением сосуде установки синтеза мочевины
AU2011295673B2 (en) Multiphase fluid characterization system
US9759592B2 (en) Method and apparatus for wet gas flow measurements and measurement of gas properties
US8960016B2 (en) Method and apparatus for measurement of composition and flow rates of a wet gas
US4696191A (en) Apparatus and method for void/particulate detection
CN102016524B (zh) 使用带有周期性排列的基准阻抗转变元件的波导结构的雷达液位计系统
CN106338332A (zh) 用于测量液体或气态介质中的声音速度的系统和方法
US20100251829A1 (en) Apparatus and method for measuring a fluid flow parameter within an internal passage of an elongated body
US11567038B2 (en) Apparatus and method for shaped waveform interrogation
CN103733032A (zh) 雷达液位测量
RU2005118746A (ru) Устройство и способ измерения уровня на основе радиолокации
US20220082425A1 (en) Apparatus for measuring levels of materials
EP4182646B1 (en) Device and method for measuring a liquid level in an apparatus
RU2620779C1 (ru) Устройство для измерения массового расхода жидких сред
RU2585320C1 (ru) Устройство для измерения массового расхода жидких и сыпучих сред
JP2013185891A (ja) 超音波流量計測装置および超音波流量計測方法
RU2826948C1 (ru) Ультразвуковой доплеровский расходомер двухфазной среды
RU2597666C1 (ru) Способ измерения массового расхода жидких сред
RU2601273C1 (ru) Устройство для измерения массового расхода жидких сред
JP2000266580A (ja) 流量計
DANIEWICZ et al. 3.13 Radar, Noncontacting Level Sensors
RU2597663C1 (ru) Радиоволновое устройство для измерения скорости потока жидких сред