一、研究背景
煤化工企業中，初冷器利用焦油氨水分離槽分界層的乳濁液進行內部噴灑清洗。焦油和氨水密度相差不大，其分界面的測定和調節成為很多工廠的棘手問題，目前部分企業採用磁致伸縮液位計進行測量。首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司原設計使用浮子界面儀來測量分界面的高度，將信號轉換器安裝在罐體頂部，下方連接一根6m 長的探杆，浮子經過配重浮在乳濁液層，沿探杆上下滑動傳輸信號，信號經轉化後傳至DCS 系統。這種測量方式使用效果不好，目前採用手動放油的方法觀測液位。
二、技術方案
工廠中常利用差壓變送器測量單種液體的液位值，原理如圖1 所示。變送器高低壓側傳感器承受的壓力值計算公式如下：
P2=ρgH+P0 （1）
P1=P0+Ps （2）
用於邏輯換算的壓力差的計算公式如下：
ΔP=P2-P1=ρgH-Ps （3）
將儀表量程負牽Ps 值後，得：
ΔP=P2-P1=ρgH （4）
圖1 差壓變送器測量液位原理
利用以上原理，如果將圖中氣體視為焦油氨水分離槽的氨水層，液體視為焦油層，則其液面高度即氨水與焦油的分界面高度。測量原理變為圖2 所示，變送器高低壓側傳感器承受的壓力值計算公式如下：
P2=ρ1gh1+ρ1gh3+ρ2gh2+P0 （5）
P1=ρ1gh3+P0+Ps （6）
用於邏輯換算的壓力差的計算公式如下：
ΔP=P2-P1=ρ1gh1+ρ2gh2-Ps=ρ1g（H-h3-h2）+ρ2gh2-Ps
= （ρ2-ρ1）gh2+ρ1g（H-h3）-Ps （7）
將儀表零點負牽Ps 後，得：
ΔP= （ρ2-ρ1）gh2+ρ1g（H-h3） （8）
圖2 差壓變送器測量分界面高度的原理
式中：ρ1、ρ2、g、H、h3 均為定值。
得出以下結論：ΔP 與h2 呈線性關係，通過ΔP 的變化可推導出分界面高度h2。
三、具體實施方式
將第一格和第五格放油管道切除，分別安裝差壓變送器的高低壓側法蘭膜盒，膜盒與手動閥門間安裝洩空閥門和蒸汽吹掃點。首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司抽取乳濁液的管道與第三格放油管在一個水平位置，液位變送器的測量量程滿足實際工況變化。經化驗實際焦油和氨水密度為1.16kg/m3 和0.987kg/m3，計算變送器測量量程計算公式如下：
Δp=（ρ2-ρ1）g（h1+h2）
= （1.16-0.987）×9.8×1.8=3.05kPa （9）
負牽值計算公式如下：
Ps-ρ1g（h1+h2）=19.386-0.987×9.8×1.8 ≈ 2kPa （10）
用HART協議手操器將差壓變送器量程設置為-2 ～ 1kPa。第一、五格放油管間距1.8m， 在PLC 端更改上位量程為5.6 ～ 7.4m 與之對應。
當焦油氨水分離不清時，分界層變厚會導致測量值比真實值偏小，測量數據失去指導意義。應用此方法需要工人定期對第二、三、四格放油管放油，檢查油水分離情況。