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改进型浮子液位计在槽体液位测量中的应用



摘要:浮子液位计在液位测量中应用非常广泛。但是, 对于易于挥发结晶的介质和黏稠状介质, 传统浮子液位计的使用会受到影响。由于地下槽体测量环境复杂、干扰因素较多, 基于地下槽体液位测量环境的实际状况, 并结合传统浮子液位计的测量原理和结构特点, 提出了一种具有高度、制作方便、环境适应程度高、抗干扰性强、耐腐蚀能力强、维护使用方便等诸多优势的改进型浮子液位计。该改进型浮子液位计不仅继承了传统浮子液位计优点, 并通过结构改造, 成功克服了传统浮子液位计在液位测量过程中的局限性。该研究成果解决了地下槽体液位测量过程中常见的问题, 同时为石油, 焦化, 化工等行业生产过程中地下槽体液位计的使用提供了参考。

0 、引言:

  化工工业生产过程中, 槽体一般作为载体被用于液态反应介质的运输和存储, 是生产工艺中重要的容器。槽体内部液面应始终处于理想的工作高度, 故槽体介质液面高度成为工艺生产过程中需要控制的一个重要参数。实现地下槽体液位的快速、准确测量, 对于工艺控制过程至关重要[1]。地下槽体内环境十分复杂, 各种因素均会对液位测量造成影响。为安全起见, 液位测量值通常作为工业生产中触发安全仪表系统 (safety instrumented system, SIS) 启动的联锁条件[2]。工业生产中, 充分分析现场测量条件和影响因素, 选择适合现场工艺测量条件的测量仪表, 已成为工业仪表测量业内的共同努力方向。

1 、研究背景:

  工业生产中, 针对地下槽体、罐体的液位测量方式众多, 测量设备多种多样。因此, 选择一种符合具体工况条件的液位计尤为重要。目前, 常用的液位测量装置, 按测量原理可分为接触式和非接触式两种。接触式液位测量装置有人工检尺、浮子液位计等, 非接触式液位测量装置有雷达液位计、核辐射液位计、超声波液位计等。与接触式液位测量装置相比, 非接触式测量在技术含量和测量精度上具有一定的优势。但由于受使用成本高和苛刻的使用环境等因素限制, 非接触式测量装置在国内外市场上还无法普及使用。根据市场统计, 国内市场上目前普遍使用的是人工检尺和浮子液位计。人工检尺对人的操作技能要求较高, 受客观因素影响大, 测量精度有限;在恶劣工况下, 测量具有高风险。浮子液位计在使用过程中经常会出现机械卡滞、密度调节困难、维修复杂等现象。因此, 研制出一套具备维护方便、制作简单、精度高等多种优势的实用型浮子液位计, 对于实际工业生产测量有着深远的意义[3]。为此, 本文介绍了一种改进型浮子液位计, 可用于测量地下槽体、罐体等设备的液位。

凤凰彩票平台   工业生产中, 人们通常运用多种方法来进行容器内液体的物位测量。传统浮子液位计就是常用的一种。由于环境和工况等因素的影响, 传统浮子液位计在液位测量过程中存在很大的局限性。特别是在焦化行业中的地下槽体、罐体等杂质较多、工况复杂的环境中, 由于传统浮子液位计为接触式测量装置, 其浮球会被粘上焦油等杂质, 导致浮球密度增大, 不能正常地浮在被测介质表面, 从而影响液位计的测量。与之相比, 非接触式测量的雷达液位计则优势明显。其不接触被测量介质, 避免了上述情况的出现。雷达波的传输方向一定, 回波受被测量槽体的内部结构限制。对于结构复杂的槽体, 雷达波在传播过程中呈无序状态, 进而影响液位测量的精度, 不能有效实现其功能[4]。

2 、传统浮子液位计:

2.1 、组成结构:

  传统浮子液位计由浮球、传动部件、显示系统组成, 其结构如图1所示。

图1 传统浮子液位计结构图Fig.1 Structure of traditional float level gauge

图1 传统浮子液位计结构图Fig.1 Structure of traditional float level gauge

  利用浮球密度小、漂浮在被测介质界面之上的特征, 传动部件将浮球的位置传递到显示系统;显示系统将传动部件传递的浮球位置信息通过机械、电子、电磁、光学等不同形式显示。按其结构形式, 浮子可分为杠杆式、平衡式、导杆式、连杆式、连通管式。

2.2 、工作方式:

  传统浮子液位计是利用恒浮力原理工作的液位测量仪器。密度比被测液体小的浮球, 受到浮力的作用漂浮在被测介质表面, 通过测量浮球的位置变化反映被测介质在罐体中的液位情况。目前, 浮子液位计分为磁性浮子液位计和浮球浮子液位计两类[5]。磁性浮子液位计也称为磁翻转液位计, 是安装于现场的显示仪表。其原理为:装有磁铁的浮子依靠浮力漂浮在被测介质表面时, 随着介质液面的变化, 拥有磁性的浮子也与液面发生一致变化, 并通过磁极间相互作用使双色磁翻柱发生翻转, 进而显示液位。浮球浮子液位计则是一种具有远传功能的测量仪表。其原理为:在传感器中等距离安装一定数量的电阻, 当浮球到达某一位置时就会将电阻两侧接通;通过测量输出端的电阻信号值的大小, 即可换算出该处液位, 然后再由变送器转换成标准4~20 m A电流信号, 并被远传至中央控制室计算机或二次仪表显示。

  传统浮子液位计具有四个特点: (1) 安全可靠, 适用于易燃、易爆液体液位测量; (2) 不受多种外界因素的限制, 适用于黏度大的介质、有毒或无毒卫生型介质、有腐蚀性介质的物位测量[6]; (3) 具有就地显示直读性, 读数直观, 清晰明了; (4) 无需多组液位计组合, 单机运行即可实现测量功能, 具有较强的单体全量程测量功能[7]。

3 、传统浮子液位计测量的干扰因素:

  传统浮子液位计是一种采用恒浮力原理工作的液位测量仪表, 目前被广泛应用于地下槽体的液位测量。当被测量介质液面平静时, 浮球工作环境比较好, 在导管中可以平稳地上下运动, 且能准确测量出介质液面高度, 测量精度高。实际使用过程中会出现各种各样的干扰因素, 使浮球不能正常工作, 影响测量精度[1]。

(1) 介质温度。

  介质存放的环境温度对被测介质形态的影响很大。如果温度太低, 会造成地下槽体内易结晶的介质出现结晶现象。结晶物附着在传统浮子液位计的浮球表面, 改变了浮球的重量, 使浮球不能正常地漂浮在介质表面, 从而影响液位测量。测量过程中, 介质的不同温差对传统浮子液位计的测量偏差有着一定的影响[8]。

(2) 机械故障。

  从结构上看, 传统浮子液位计大多使用机械滑轮和钢丝作为信号传递的载体。机械结构会因腐蚀、外力、浮球表面结晶卡滞等原因引起机械故障。若机械故障不能及时排除, 必然会造成传统浮子液位计不能正常工作。

凤凰彩票平台 (3) 液体的扰动。

  地下槽体内液体介质的搅拌、流入、流出均会造成槽内被测介质液面的扰动。槽体液面的扰动会引起传统浮子液位计的浮球位置不稳定, 造成无法读取液位计的准确数值, 严重影响浮球液位计的正确测量。

4、改进措施:

  对于以上提出的、影响传统浮子液位计测量准确度的因素, 通过分析其本质, 提出具有针对性的改进措施。在传统浮子液位计结构的基础上, 对测量机构、显示机构和测量硬件等方面进行改进, 以规避原有的影响因素, 达到测量稳定、度高的效果。

4.1、测量结构:

凤凰彩票平台   针对以上传统浮子液位计测量的干扰因素, 对传统浮子液位计的部分测量结构采取了针对性的改进措施, 解决干扰因素问题。改进型浮子液位计结构如图2所示。

图2 改进型浮子液位计结构图Fig.2 Structure of the improved float level gauge

图2 改进型浮子液位计结构图Fig。2 Structure of the improved float level gauge

  改进型浮子液位计在原来的测量基础上增加了密封块和上、下开孔, 并改变了测量杆和浮球的接触形式。测量导管必须垂直于液面安装。浮球处于测量导管内部, 其直径与测量导管直径相同, 材料视容器内被测介质密度而定。材料密度应小于介质密度, 使浮球漂浮在介质表面, 且可以随着液位的升高, 在浮力的作用下于测量导管内部上下移动。测量导管上下均开设一开孔。考虑到被测介质内杂质堵塞导波管下部开孔位置, 可根据实际, 在不影响测量导管结构安全的情况下, 增加下开孔处环测量导管同一平面上的开孔数量。在测量导管上开孔, 可使浮球上部与容器内上部气压一致, 从而保证测量管内外液面相同。测量指针固定在测量杆上, 随测量杆上下移动, 与刻度尺配合准确指示槽体内液位高度。

  与传统浮子液位计相比, 改进型浮子液位计***大的不同就是测量杆和浮球分离安装。测量杆下方是一个喇叭口, 浮球上浮顶住喇叭口, 从而作用于测量杆。测量杆为一个中空贯穿整个杆体。若浮球因介质结晶或者黏度大等原因附着在浮球上, 可在顶部采用蒸气或清水等合适的介质对浮球进行清洗。浮球材料用耐腐蚀性较强的材料制成, 还要保证其密度较小, 使其在测量导管内可以漂浮、上下移动。

  改进型浮子液位计零部件简单, 安装便捷、可靠, 适用于封闭、半封闭以及全开放式地下槽体的液位测量。测量导管的安装可以有效防止介质湍流引起的内部液面波动, 避免了被测介质液面波动引起的测量误差。加装测量导管, 减小了浮球下方接触介质的面积, 可有效避免结晶介质的挥发[9]。

4.2、 安装注意事项:

  改进型浮球液位计在安装时, 要与槽体入口和泵出口保持安全距离, 并有效避开槽体内的搅拌装置, 从而防止介质湍流对改进型浮子液位计的干扰[10]。改进型雷达液位计的测量杆为中空结构, 测量封闭或半封闭槽体液位时, 应将测量杆顶部开口进行封堵, 防止槽体内介质蒸发从测量杆中空部分溢出, 影响槽体气密性。

  浮球在测量导管内运动时, 管道内部不平整或测量导管安装不垂直于被测界面, 均会造成浮球运动过程中其与罐壁之间的摩擦。为减小罐壁摩擦带来的阻力, 测量导管在安装时一定要垂直于被测介质液面。

4.3、应用结果:

  改进型浮子液位计被用于地下槽体液位的测量、测量误差可以缩小至±0。5mm以内, 测量过程安全稳定, 测量数据度高、数值可靠。改进型浮子液位计有效弥补了传统浮子液位计在测量过程中的不足, 维护方便、成本低廉、测量稳定, 为生产的安全运行提供了有力的保障。

5、结束语:

  传统浮子液位计在实际使用过程中, 由于被测介质黏度大、介质结晶、设备腐蚀造成的机械卡滞等问题, 测量结果误差很大。通过对传统浮子液位计测量机构、显示机构、测量硬件等方面的改进, 成功规避了以上影响因素, 达到测量稳定、度高的效果。改进型浮子液位计设计简单、易于操作、维护方便, 适用于石油、焦化、化工等行业的地下槽体液位测量, 具有很高的推广和实用价值。