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凝結水液位計在球罐生產區的設計應用分析
一、本文概述
凝結水液位計在各類生產罐區是一種特別常見的液位儀表，不僅適合于現場液位數據的直接觀測，也方便通過配置相應的遠傳裝置來實現測量數據的遠傳，它具有結構簡單，讀數直觀、觀測無盲區、安裝使用維修方便，且液位指示器與測量介質完全隔離等優點，被廣泛地應用在石油、化工、電力、冶金、醫藥等行業的液位測量中。但對于在環境溫度很低的煉油廠液化汽球罐區，目前國內外普遍使用的磁浮子液位計，存在很多安全問題，特別是低溫凍結浮球導致無法顯示液位的問題，
其工作原理源于浮力和磁性耦合。以前傳統老式產品都是采用下端浮子腔為一盲腸結構不過由種種原因，其設備盲腸在在石油石化系統是一大安全隱患，因為管道中測量介質的具有腐蝕性雜質的積聚會對該處焊縫產生應力，腐蝕開裂；并且長期測量過程中，測量介質中的水分會在該處沉降，冬季來臨時溫度過低，便會產生凍凝的風險，這些隱患時刻威脅著企業的安全。筆者通過本文提出了一種新型結構設計方法，它其產品結構摒棄了傳統的盲腸結構設計，可以*大限度地減少測量管內的腐蝕性雜質的沉積，減少浮球室內積水，以防止浮球被浮球室內的積水凍住，具有結構簡捷、使用安全可靠的優點。徹底克服了老式磁浮子液位計的一些缺點，特別適用于煉油、化工廠球罐裝置上的液位測量。
二、結構原理與工作方式
磁浮子液位計主要由主導管、液位指示器、磁浮球、排污閥等部件組成。該系列液位計是根據液體對磁性浮子產生浮力及磁性耦合的原理設計和制造的。磁性浮子置于不導磁的主導管內，通過主導管內介質的浮力作用，使浮子隨著液位上下移動，從而帶動主導管外的液位指示器作同步升降來顯示液體的位置。該系列產品除了配上指示標尺作就地指示外，還可以配備報警開關和信號遠傳裝置，前者作高低報警用，后者可將液位轉換成4 ～ 20mA 的直流信號送到接收儀表，并有隔爆和本安2 種結構供選擇。
三、現狀分析及存在的問題
作為一種廣泛應用于石油化工等行業的承壓儲存設備，球罐具有應力分布均勻、同體積下使用材料*少、占地面積小、規格從50m3 ～ 10 萬m3 應有盡有等優點[2]，因而在球罐上的液位測量顯得日益重要。近年來，液化氣球罐和其他壓力儲罐的就地液位測量，在油氣儲運部門是個棘手的問題，多數還是一直沿用玻璃板液位計人工觀測。這種方法缺點較多:
①如玻璃板液位計本身的質量不高，包括閥門、管接頭等，常會發生泄漏；
②在液化氣輸送中因管道和罐體被硫化物腐蝕， 生成的雜質常堵塞玻璃板液位計；
③ 測量結果誤差較大。現在正逐漸選用基于磁耦合原理設計的凝結水液位計代替玻璃板液位計，此液位計是基于阿基米德定理，磁性浮子在液體中產生浮力，根據磁鐵同性相斥，異性相吸的性質制成[3]。但傳統的凝結水液位計也存在一些弊端，如其下端浮子腔為盲腸結構，設備盲腸在石油石化系統是1 個大的安全隱患，介質腐蝕物的積聚對該處焊縫產生應力腐蝕開裂，介質中的水分在該處沉降，冬季有產生凍凝的風險，這些隱患時刻威脅著企業的安全。
四、方案設計介紹
無盲腸凝結水液位計，
是*新研發的一種新型磁性液位儀表，如圖1 所示。
圖1 無盲腸凝結水液位計
它采用獨特的結構設計，并充分利用了防凍凝結水液位計和磁性真空液位計2 個**產品的優點，徹底克服了老式凝結水液位計的一些缺點，特別適用于煉油、化工廠球罐裝置上液位的測量。其浮子腔的設計，消除了盲腸結構帶來的應力腐蝕、結垢、凍凝問題。本實用新型技術方案所能達到的有益效果是：由于液相連接管與排污管的底側部相連通，貯存罐處在低溫環境下也無需外部加熱，當貯存罐內液體介質的液位低于主導管的液相連接孔時，液體介質可全部回流至貯存罐內，不會滯留在主導管內，也就不會出現液體介質結冰凝固浮球而無法顯示液位的現象，保證了凝結水液位計在低溫環境下仍能正常使用。頂端浮子腔的設計、浮子上浮的氣阻尺寸均經過計算和試驗，測量精準達到100% 準確，如圖2 所示。
圖2 上端經過氣阻設計
下連通管與容器接管為同一平面，介質不會產生沉積物，避免普通液位計經常清洗易燃易爆介質帶來的作業風險。
防凍凝結水液位計。其原理為真空隔溫結構，夏季防曬，冬季防凍，主體管采用厚壁設計，保證內外壓差的強度和穩定性。對冬季無熱源伴熱或伴熱溫度對介質產生汽化的場合特別適用。防凍凝結水液位計，包括有主導管、磁浮球、法蘭盤和排污閥，磁浮球位于主導管內，主導管的壁殼由內外雙層壁殼體構成，在該內外雙層壁殼體之間形成密閉的腔室；主導管上開設有汽相連接孔和液相連接孔，該汽相連接孔和液相連接孔將主導管的內部與外部相連通；主導管上還設置有抽負壓管，該抽負壓管與密閉的腔室相連通，密閉的腔室由環繞的側壁腔室和與其相連通的底部腔室構成。
磁性真空液位計，主要包括主導管、液位顯示器和磁浮球。主導管壁殼由雙層殼體構成，在該雙層殼體之間形成密閉的腔室，主導管上開設有汽相連接孔和液相連接孔，該汽相連接孔和液相連接孔將主導管的內部與外部相連通。本實用新型技術采用上述解決方案所能達到的有益效果是：結構簡單，將主導管的壁殼制作成其間設有腔室的雙層殼體，再將該腔室抽成真空，如圖3 所示。
圖3 抽真空和無盲腸設計
這樣就可以通過該真空的腔室將主導管外的環境溫度隔絕在主導管外，使得主導管內的液體在低溫環境下無需通過外部加熱來防止其凝固，在高溫環境下某些液體介質也不會產生影響。
五、無盲腸凝結水液位計的優點分析
1) 產品外型美觀、結構設計簡捷、精致合理。
2) 主導管內上下都裝有保護彈簧，可防止浮球撞壞。
3) 下法蘭旁管采用獨特的無盲腸結構設計，可以*大限度地減少浮球室內積水，以防止浮球被浮球室內的積水凍住。
4) 主導管采用獨特的抽真空技術，達到絕熱保溫的作用，特別適用于低溫工況下使用。
5) 采用稀土材料特制的磁鋼，磁力強且不易退磁。
6) 獨特的結構設計可以使主導管內的沉積物直接通過下連接法蘭進入罐內，不用清洗。
7) 頂端浮子腔的設計，浮子上浮的氣阻尺寸均經過計算和試驗，測量精準達到100% 準確。
六、應用效果及前景
該產品經過了近一年的試用，各種性能指標完全達到了預期的設計目標，并在石化公司油品車間等場所投入使用，效果良好。不僅使產品質量和合格率得到了提升，而且大大提高了設備運行的安全性，同時也降低了工人的勞動強度。目前已在**多個煉油廠油品車間進行推廣應用，成效顯著。
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