磁翻板液位計(jì)在液氨儲(chǔ)罐液位控制中的應(yīng)用
液氨是一種重要的化工原料，是一種無色透明流動(dòng)液體，易燃、有毒、有強(qiáng)烈刺激性氣味，對(duì)人體具有較大危害。與空氣混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。具有很大的危害性，必須對(duì)液氨儲(chǔ)罐的液位進(jìn)行控制。磁翻板液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、觀察直觀，廣泛應(yīng)用于石油、化工、造紙等領(lǐng)域，其遠(yuǎn)程傳輸?shù)目刂瓶梢圆捎秒娮鑲鞲衅鞣ê筒顗鹤兯推鞣▋煞N方法。液氨的密度隨著溫度的升高而下降，液氨若遇熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。因此對(duì)液氨儲(chǔ)罐液位的監(jiān)控非常重要。低濃度氨對(duì)粘膜有刺激作用，高濃度氨可造成組織溶解壞死。本文中對(duì)這兩種方法進(jìn)行分析，并介紹了應(yīng)用實(shí)例，對(duì)選擇和應(yīng)用液氨儲(chǔ)罐液位控制方法提供參考。
1.液氨的特性
液氨是重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于石油、化工、造紙等領(lǐng)域。為運(yùn)輸及儲(chǔ)存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨，儲(chǔ)存于耐壓鋼瓶或儲(chǔ)罐中。罐裝運(yùn)輸用鋼瓶或槽車以及儲(chǔ)存用的儲(chǔ)罐等應(yīng)符合《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》、《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等有關(guān)規(guī)定。允許重量充裝系數(shù)為0.52kg／L。由于液氨具有腐蝕性且容易揮發(fā)，化學(xué)事故發(fā)生率很高，因此液氨鋼瓶應(yīng)存放于庫房或有棚的平臺(tái)上。露天堆放時(shí)，應(yīng)以帳篷遮蓋，防止日光直射。儲(chǔ)罐中的液氨液位應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。
2.液氨儲(chǔ)罐的液位控制
2.1控制方法
磁翻板液位計(jì)是根據(jù)磁*耦合原理、阿基米德(浮力定律)等原理，結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)的特性而開發(fā)研制的一種專門用于液位測(cè)量的裝置。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，觀察直觀、清晰，不堵塞、不滲漏，安裝方便，維修簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于石油、化工、造紙、污水處理等工業(yè)領(lǐng)域。
為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求增加液位變送裝置，以輸出多種電信號(hào)，達(dá)到遠(yuǎn)程測(cè)量和監(jiān)控的目的。其中，4～20 mA電流信號(hào)是比較常用的一種。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)液位的同時(shí)，將液位的變化通過變送器、傳感器、線纜及儀表傳到控制室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。
電阻傳感器和差壓變送器是目前液位測(cè)量和控制的常用裝置。由于這兩種裝置原理不同，因此要根據(jù)所測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)以及所處的環(huán)境而選擇正確的測(cè)量和監(jiān)控方法，才能達(dá)到測(cè)量和監(jiān)控的目的。
2.2遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)結(jié)構(gòu)及原理
磁翻板液位計(jì)是根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用而實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量及現(xiàn)場(chǎng)顯示的儀器。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，液位計(jì)測(cè)量管中的磁性浮子也隨之升降。磁性浮子根據(jù)檢測(cè)介質(zhì)的設(shè)定密度制造(如圖1所示)。浮子的磁位置面與介質(zhì)液面始終平齊。浮子內(nèi)的磁鋼通過磁耦合傳遞信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)指示器，驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180。，當(dāng)液位上升時(shí)，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，當(dāng)液位下降時(shí)，翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色，指示器的紅、白界位處為容器內(nèi)介質(zhì)液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現(xiàn)液位的現(xiàn)場(chǎng)指示。
2.2.1 采用電阻傳感器(電阻式)進(jìn)行遠(yuǎn)程液位控制
由電阻傳感器(如圖2所示)和R／I轉(zhuǎn)換模塊及防護(hù)罩等組成電阻、干簧管變送器，將磁翻板液位計(jì)與液位遠(yuǎn)傳裝置以捆綁的形式固定組合構(gòu)成了遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)(如圖3所示)。該變送器的電阻傳感器以捆綁的形式固定在磁翻板液位計(jì)的主導(dǎo)管外側(cè)，使其處于液位計(jì)同一磁耦合系統(tǒng)中。遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)的磁性浮子隨液位上下移動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)液位位置的干簧管受浮子內(nèi)磁場(chǎng)的作用吸合，電阻鏈阻值發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換模塊將變化的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成二線制4～20 mA DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，該信號(hào)可方便地與數(shù)顯表配套使用，從而達(dá)到顯示、控制、調(diào)節(jié)和報(bào)警的目的。
2.2.2采用差壓變送器(差壓式)進(jìn)行遠(yuǎn)程液位控制差壓變送器的測(cè)量部分常采用差動(dòng)電容結(jié)構(gòu)(如圖4所示)。
圖4差動(dòng)變送器測(cè)量部分將磁翻板液位計(jì)與差壓變送器、固定板、正負(fù)壓連接管等組合構(gòu)成了遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)，固定板與主導(dǎo)管下端固定。正壓連接管分別與磁翻板液位計(jì)下法蘭連接管和差壓變送器正壓口連接，負(fù)壓連接管分別與磁翻板液位計(jì)上法蘭連接管和差壓變送器負(fù)壓口連接(如圖5所示)。根據(jù)液體靜壓與高度成正比的原理，通過敏感元件的壓阻效應(yīng)將靜壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性校正，轉(zhuǎn)換成4～20 mA DC標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出，達(dá)到顯示、控制、調(diào)節(jié)和報(bào)警的目的。
3.兩種液氨儲(chǔ)罐液位控制方法分析
3.1 電阻式控制和差壓式控制共同點(diǎn)就地顯示無須電源，顯示部分和介質(zhì)完全隔離，不會(huì)因介質(zhì)污染顯示條而使觀測(cè)受到影響，根據(jù)用戶需要調(diào)節(jié)開關(guān)點(diǎn)位置，安裝方便。液位變送器二線制4～20 mA DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)或控制。維護(hù)量小，維修費(fèi)用低。
對(duì)高溫和高壓測(cè)量比較適用，特別是磁翻板液位計(jì)可用于各種塔、罐、槽、球形容器和鍋爐等設(shè)備的介質(zhì)液位檢測(cè)?？梢宰龅礁呙芊?、零泄漏和適應(yīng)高溫、腐蝕性條件下的液位測(cè)量，安全可靠，全過程測(cè)量無盲區(qū)，讀數(shù)直觀，且測(cè)量范圍大。特別是現(xiàn)場(chǎng)指示部分，由于不與液體介質(zhì)直接接觸，所以對(duì)高溫、有毒、有害、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，具有優(yōu)越性。
3.2 電阻式控制和差壓式控制區(qū)別
3.2.1 電阻式控制
磁翻板液位計(jì)的磁性浮子隨液位上下移動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)是通過磁耦合翻柱翻轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)傳信號(hào)是通過干簧管吸合，改變電阻鏈阻值。對(duì)應(yīng)液位位置分別傳遞現(xiàn)場(chǎng)指示信號(hào)、遠(yuǎn)傳信號(hào)。如果容器介質(zhì)密度相對(duì)設(shè)定密度增大時(shí)，實(shí)際液面低于現(xiàn)場(chǎng)指示液面和遠(yuǎn)傳信號(hào)液面(指示液面和遠(yuǎn)傳信號(hào)液面等高同步)。介質(zhì)密度減小時(shí)，實(shí)際液面高于現(xiàn)場(chǎng)指示液面和遠(yuǎn)傳信號(hào)液面(指示液面和遠(yuǎn)傳信號(hào)液面等高同步)。密度差值一定時(shí)，指示、遠(yuǎn)傳誤差是定值，與液面高低無關(guān)。
3.2.2差壓式控制
遠(yuǎn)傳信號(hào)是通過容器內(nèi)介質(zhì)液體底部壓力與介質(zhì)液面壓力的差值確定的(密度的設(shè)定值與浮子相同)。如果容器介質(zhì)密度相對(duì)設(shè)定密度增大時(shí)，實(shí)際液面低于遠(yuǎn)傳信號(hào)液面(指示液面和遠(yuǎn)傳信號(hào)液面不等高)。介質(zhì)密度減fJ,tj,-j-，實(shí)際液面高于遠(yuǎn)傳信號(hào)液面(指示液面和遠(yuǎn)傳信號(hào)液面不等高)。密度差值一定時(shí)，遠(yuǎn)傳信號(hào)誤差不是定值。差值隨液面由低至高成比例擴(kuò)大。如果磁性浮子發(fā)生故障(浮子卡住、損壞)，現(xiàn)場(chǎng)指示失靈、遠(yuǎn)傳信號(hào)還可以使用。壓差變送器失靈，現(xiàn)場(chǎng)指示還可以使用，不影響監(jiān)控，起到了雙維監(jiān)控作用。
3.3應(yīng)用實(shí)例
某液氨儲(chǔ)罐的實(shí)際使用溫度范圍在-50～20 oC之間，其內(nèi)部液氨密度的變化為702.15～610.28 kg／m3，測(cè)量高度3 000 mm。設(shè)定基準(zhǔn)密度為652.02 kg／m3(一10℃時(shí))，磁性浮子總長360mm，磁鋼位置310mm。儲(chǔ)罐內(nèi)裝入密度為702.15 kg／m3的液氨，實(shí)際液面在2 000 mm處，現(xiàn)場(chǎng)指示2 020 mm，電阻式信號(hào)為2 020mm，壓差式信號(hào)為2 154 mm。實(shí)際液面在500 mm，現(xiàn)場(chǎng)指示520 mm，電阻式信號(hào)為520 mm，壓差式信號(hào)為538 mm：試驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1液氨儲(chǔ)罐實(shí)驗(yàn)結(jié)果從表2中可以看出，差壓式控制對(duì)液氨儲(chǔ)罐液位的顯示與現(xiàn)場(chǎng)的磁翻板液位計(jì)的顯示數(shù)據(jù)有一定的偏差，這種偏差主要是由于溫度的變化引起液氨密度的變化，致使液位的變化而引起的。差壓變送器所測(cè)量的結(jié)果是壓力差，由于儲(chǔ)油罐一般是圓柱形，其截面圓的面積S是不變的，所以卸與高度Ah成正比。在溫度變化時(shí)，液氨的密度隨之變化，液氨體積膨脹或縮小，所以實(shí)際液位升高或降低。如果需要顯示實(shí)際液位，也可以進(jìn)一步引入介質(zhì)溫度補(bǔ)償予以解決。從表1中可以看出，A／B與C比較接近，因此，對(duì)于液位的溫度補(bǔ)償可以粗略地采用密度的比值來進(jìn)行修正：如果想得到修正，可以采取密度變化曲線擬合的方式加以解決。從表1還可以看出，電阻式控制對(duì)液位的顯示與現(xiàn)場(chǎng)磁翻板液位計(jì)的顯示一致，這是因?yàn)榇判愿∽优c傳感器電阻同時(shí)滑動(dòng)，變化一致，因此顯示也是一致的。從這一點(diǎn)上來說，采用電阻式控制比采用差壓式控制所顯示的液位要得多。但是如果磁性浮子發(fā)生故障(浮子卡住、損壞)，現(xiàn)場(chǎng)指示、遠(yuǎn)傳信號(hào)同時(shí)失靈，影響監(jiān)控。而差壓變送器法則不會(huì)出現(xiàn)這種情況，測(cè)量時(shí)具有對(duì)比性，如發(fā)現(xiàn)二者讀數(shù)不同，可以早發(fā)現(xiàn)儀表故障及介質(zhì)密度變化，盡早作出修正。
結(jié)束語
液氨儲(chǔ)罐的液位控制采用了磁翻板液位計(jì)現(xiàn)場(chǎng)顯示與液位遠(yuǎn)傳裝置組合的形式實(shí)現(xiàn)。由液位遠(yuǎn)傳裝置信號(hào)轉(zhuǎn)換成二線制4～20 mA DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，該信號(hào)可方便地與數(shù)顯表配套使用，從而達(dá)到顯示、控制、調(diào)節(jié)和報(bào)警的目的，增加了液氨儲(chǔ)罐液位監(jiān)控的可靠性。本文介紹的兩種控制方法各有利弊，但從安全性考慮，推薦采用磁翻板液位計(jì)與差壓變送器結(jié)合的方法對(duì)液氨儲(chǔ)罐液位進(jìn)行監(jiān)控。
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