[发明专利]一种近场声全息填料塔液泛监测方法

说明书

技术领域

本发明属于填料塔液泛点的检测方法技术领域，具体涉及一种近场声全息填料塔液泛监测方法。

背景技术

液泛点被认为是填料塔操作工况的极限。填料塔的最大通量等于开始液泛时的负荷。填料塔发生液泛后，会导致压力降和持液量的快速增加和工作效率的急剧减小，这将会使得装置变得无法操作。因此理想的状态是使填料塔工作在近可能靠近液泛点的位置，但又不会达到液泛，以避免不稳定情况的发生。长期以来，研究人员使用了一些在线监测的方法来监测液泛的发生，使填料塔能在较佳的传质条件下工作。常用的监测方法包括传统的液泛实时监测方法和基于声波的液泛实时监测方法。

1. 传统的液泛实时监测方法

目前常用的液泛实时监测方法，主要有视觉监测、测量持液量变化和监测压力变化等。传统监测方法及其缺点如下：1）视觉监测，当被测的填料塔是透明的时候，可目测观察填料床上表面的液体堆积，及液泛的发生。目测的缺点是反应会延迟，当观测到液泛的时候，已经发生了可观的破坏和损失。另外，滞后现象会导致填料塔的恢复延迟。因为滞后现象，会使得液泛持续发生直到流速远低于临界流速，使得恢复填料塔的正常操作更加困难。视觉检测的前提是填料塔是透明的，这在实验室条件尚可实行，但是在工业现场，所用填料塔基本为不透明金属容器，即使有观测窗也无法做到全面正确的实时观测。所以视觉观测不适合工业现场。2）观测持液量的变化，通过观测持液量的持续增加，来作为判断液泛的发生的依据。为了测量液体持液量，必须同时停止气液两相流，且留在填料塔中的液体必须排空。因此，观测持液量变化不适合工业在线监测。3）观测压力降变化，根据液泛发生前会有一个可观的压力增加的特点，通过传感器监测填料塔中的压力降的变化来预测液泛。Parthasarathy等设计了一个基于压力变化的神经网络模型作为液泛指示器。它可以提前3分钟预测到液泛，所以可在液泛发生前进行操作的调整。但是这些测量压力变化的压力传感器必须插入设备并正确安装，而对工厂现有的正在正常运行的填料塔进行任何改动和添加设备，都是很难得到用户认同的。4）观测差压信号的频谱变化，Emerson公司的Pihlaja等采用Rosemount 3051S差压变送器来实时监测液泛的发生。他使用了3051S的调试模式，以22Hz的速度对差压信号进行测量，通过分析信号，找到了液泛发生时的差压变化的频谱特征，形成了预警指标。这种方法对差压变送器的型号有特殊要求，3051S差压变送器因为价格高，在工厂的应用远远低于3051以及EJA等型号，对于其他公司、其他型号的差压变送器是否也能进行这样的分析，未见其他文献介绍。对于现有装置，如果尚未在合适位置安装有3051S的差压变送器，这就需要改动原有设计，在填料塔上钻孔引线，加装设备，这些改动很难得到用户的允许和认同。

以上不难看出，传统监测方法因为液泛问题的复杂性以及难以直接测量，传统的方法难于广泛应用在工业实时监测上。

2.基于声波的液泛实时监测方法

声学测量是一类很有潜力的监测方式。它具有以下特点：可实时、在线监测过程变化，同时很少或者根本不介入反应过程。声学测量装置适用于各种过程条件，具有低成本，可靠和非插入式等特点。

根据填料塔的结构和运行方式，显然与其他过程反应一样，其塔内的气液两相对流也会发射出声波，在工业现场，有经验的操作工人甚至能够通过听塔内发出的声音变化来判断填料塔是否工作正常。

当填料塔正常工作时，液体向下流动经过填料与向上流的气体形成对流。气体沿着一个弯曲的道路向上，填料中的空隙最终被气体明显的填满。这时，气体是连续相。上升的气体对以空气动力学阻力方式影响下降的液体。这个阻力和重力作用起相反作用，减慢了液体下降流速。

不断增大气体流速，当阻力大于或者等于重力时，液体就停止在塔内下降，这就会引起液泛。在液泛的时候流体状态改变了。液体成为有气泡通过的连续相。往上的气泡拉动很多液体往上，造成了塔内不期望的轴向混合。气泡大小不一，有的成核，有的膨胀，有的聚集，有的随机的破裂，导致气泡流成为一个随机无序的过程。

通过对比可以发现当液泛发生时，在填料层的上部，形成了一片特征明显的雾沫混合区。该区域剧烈的随机气泡流过程，会引起该位置的声波改变，通过记录分析这种声波的改变，将是一种好的实时检测液泛的手段。