磁翻板液位計在液氨儲罐液位控制中的應用

液氨是一種重要的化工原料，是一種無(wú)色透明流動(dòng)液體，易燃、有毒、有強烈刺激性氣味，對人體具有較大危害。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，必須對液氨儲罐的液位進(jìn)行控制。磁翻板液位計結構簡(jiǎn)單、觀(guān)察直觀(guān)，廣泛應用于石油、化工、造紙等領(lǐng)域，其遠程傳輸的控制可以采用電阻傳感器法和差壓變送器法兩種方法。液氨的密度隨著(zhù)溫度的升高而下降，液氨若遇熱，容器內壓增大，有開(kāi)裂和爆炸的危險。因此對液氨儲罐液位的監控非常重要。低濃度氨對粘膜有刺激作用，高濃度氨可造成組織溶解壞死。本文中對這兩種方法進(jìn)行分析，并介紹了應用實(shí)例，對選擇和應用液氨儲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，廣泛應用于石油、化工、造紙等領(lǐng)域。為運輸及儲存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過(guò)加壓或冷卻得到液態(tài)氨，儲存于耐壓鋼瓶或儲罐中。罐裝運輸用鋼瓶或槽車(chē)以及儲存用的儲罐等應符合《氣瓶安全監察規程》、《固定式壓力容器安全技術(shù)監察規程》等有關(guān)規定。允許重量充裝系數為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，因此液氨鋼瓶應存放于庫房或有棚的平臺上。露天堆放時(shí)，應以帳篷遮蓋，防止日光直射。儲罐中的液氨液位應進(jìn)行嚴格監控。

2.液氨儲罐的液位控制

2.1控制方法

磁翻板液位計是根據磁極耦合原理、阿基米德(浮力定律)等原理，結合機械傳動(dòng)的特性而開(kāi)發(fā)研制的一種專(zhuān)門(mén)用于液位測量的裝置。該裝置具有結構簡(jiǎn)單，觀(guān)察直觀(guān)、清晰，不堵塞、不滲漏，安裝方便，維修簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，目前廣泛應用于石油、化工、造紙、污水處理等工業(yè)領(lǐng)域。

為了實(shí)現遠程監控，根據相關(guān)標準及要求增加液位變送裝置，以輸出多種電信號，達到遠程測量和監控的目的。其中，4～20 mA電流信號是比較常用的一種。在現場(chǎng)監測液位的同時(shí)，將液位的變化通過(guò)變送器、傳感器、線(xiàn)纜及儀表傳到控制室，實(shí)現遠程監測和控制。

電阻傳感器和差壓變送器是目前液位測量和控制的常用裝置。由于這兩種裝置原理不同，因此要根據所測介質(zhì)的性質(zhì)以及所處的環(huán)境而選擇正確的測量和監控方法，才能達到測量和監控的目的。

2.2遠傳磁翻板液位計結構及原理

磁翻板液位計是根據浮力原理和磁性耦合作用而實(shí)現液位測量及現場(chǎng)顯示的儀器。當被測容器中的液位升降時(shí)，液位計測量管中的磁性浮子也隨之升降。磁性浮子根據檢測介質(zhì)的設定密度制造(如圖1所示)。浮子的磁位置面與介質(zhì)液面始終平齊。浮子內的磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞信號到現場(chǎng)指示器，驅動(dòng)紅、白翻柱翻轉180。，當液位上升時(shí)，翻柱由白色轉為紅色，當液位下降時(shí)，翻柱由紅色轉為白色，指示器的紅、白界位處為容器內介質(zhì)液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現液位的現場(chǎng)指示。

2.2.1 采用電阻傳感器(電阻式)進(jìn)行遠程液位控制

由電阻傳感器(如圖2所示)和R／I轉換模塊及防護罩等組成電阻、干簧管變送器，將磁翻板液位計與液位遠傳裝置以捆綁的形式固定組合構成了遠傳磁翻板液位計(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的主導管外側，使其處于液位計同一磁耦合系統中。遠傳磁翻板液位計的磁性浮子隨液位上下移動(dòng)時(shí)，對應液位位置的干簧管受浮子內磁場(chǎng)的作用吸合，電阻鏈阻值發(fā)生變化，通過(guò)轉換模塊將變化的電阻信號轉換成二線(xiàn)制4～20 mA DC標準信號輸出，該信號可方便地與數顯表配套使用，從而達到顯示、控制、調節和報警的目的。

2.2.2采用差壓變送器(差壓式)進(jìn)行遠程液位控制差壓變送器的測量部分常采用差動(dòng)電容結構(如圖4所示)。

圖4差動(dòng)變送器測量部分將磁翻板液位計與差壓變送器、固定板、正負壓連接管等組合構成了遠傳磁翻板液位計，固定板與主導管下端固定。正壓連接管分別與磁翻板液位計下法蘭連接管和差壓變送器正壓口連接，負壓連接管分別與磁翻板液位計上法蘭連接管和差壓變送器負壓口連接(如圖5所示)。根據液體靜壓與高度成正比的原理，通過(guò)敏感元件的壓阻效應將靜壓轉換成電信號，經(jīng)過(guò)溫度補償和線(xiàn)性校正，轉換成4～20 mA DC標準電流信號輸出，達到顯示、控制、調節和報警的目的。

3.兩種液氨儲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(wú)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(guān)測受到影響，根據用戶(hù)需要調節開(kāi)關(guān)點(diǎn)位置，安裝方便。液位變送器二線(xiàn)制4～20 mA DC標準信號輸出，可實(shí)現遠距離監測或控制。維護量小，維修費用低。

對高溫和高壓測量比較適用，特別是磁翻板液位計可用于各種塔、罐、槽、球形容器和鍋爐等設備的介質(zhì)液位檢測?？梢宰龅礁呙芊?、零泄漏和適應高溫、腐蝕性條件下的液位測量，安全可靠，全過(guò)程測量無(wú)盲區，讀數直觀(guān)，且測量范圍大。特別是現場(chǎng)指示部分，由于不與液體介質(zhì)直接接觸，所以對高溫、有毒、有害、強腐蝕性介質(zhì)，具有優(yōu)越性。

3.2 電阻式控制和差壓式控制區別

3.2.1 電阻式控制

磁翻板液位計的磁性浮子隨液位上下移動(dòng)，現場(chǎng)是通過(guò)磁耦合翻柱翻轉，遠傳信號是通過(guò)干簧管吸合，改變電阻鏈阻值。對應液位位置分別傳遞現場(chǎng)指示信號、遠傳信號。如果容器介質(zhì)密度相對設定密度增大時(shí)，實(shí)際液面低于現場(chǎng)指示液面和遠傳信號液面(指示液面和遠傳信號液面等高同步)。介質(zhì)密度減小時(shí)，實(shí)際液面高于現場(chǎng)指示液面和遠傳信號液面(指示液面和遠傳信號液面等高同步)。密度差值一定時(shí)，指示、遠傳誤差是定值，與液面高低無(wú)關(guān)。

3.2.2差壓式控制

遠傳信號是通過(guò)容器內介質(zhì)液體底部壓力與介質(zhì)液面壓力的差值確定的(密度的設定值與浮子相同)。如果容器介質(zhì)密度相對設定密度增大時(shí)，實(shí)際液面低于遠傳信號液面(指示液面和遠傳信號液面不等高)。介質(zhì)密度減fJ,tj,-j-，實(shí)際液面高于遠傳信號液面(指示液面和遠傳信號液面不等高)。密度差值一定時(shí)，遠傳信號誤差不是定值。差值隨液面由低至高成比例擴大。如果磁性浮子發(fā)生故障(浮子卡住、損壞)，現場(chǎng)指示失靈、遠傳信號還可以使用。壓差變送器失靈，現場(chǎng)指示還可以使用，不影響監控，起到了雙維監控作用。

3.3應用實(shí)例

某液氨儲罐的實(shí)際使用溫度范圍在-50～20 oC之間，其內部液氨密度的變化為702.15～610.28 kg／m3，測量高度3 000 mm。設定基準密度為652.02 kg／m3(一10℃時(shí))，磁性浮子總長(cháng)360mm，磁鋼位置310mm。儲罐內裝入密度為702.15 kg／m3的液氨，實(shí)際液面在2 000 mm處，現場(chǎng)指示2 020 mm，電阻式信號為2 020mm，壓差式信號為2 154 mm。實(shí)際液面在500 mm，現場(chǎng)指示520 mm，電阻式信號為520 mm，壓差式信號為538 mm：試驗結果見(jiàn)表1。

表1液氨儲罐實(shí)驗結果從表2中可以看出，差壓式控制對液氨儲罐液位的顯示與現場(chǎng)的磁翻板液位計的顯示數據有一定的偏差，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。差壓變送器所測量的結果是壓力差，由于儲油罐一般是圓柱形，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)溫度補償予以解決。從表1中可以看出，A／B與C比較接近，因此，對于液位的溫度補償可以粗略地采用密度的比值來(lái)進(jìn)行修正：如果想得到修正，可以采取密度變化曲線(xiàn)擬合的方式加以解決。從表1還可以看出，電阻式控制對液位的顯示與現場(chǎng)磁翻板液位計的顯示一致，這是因為磁性浮子與傳感器電阻同時(shí)滑動(dòng)，變化一致，因此顯示也是一致的。從這一點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，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)，現場(chǎng)指示、遠傳信號同時(shí)失靈，影響監控。而差壓變送器法則不會(huì )出現這種情況，測量時(shí)具有對比性，如發(fā)現二者讀數不同，可以早發(fā)現儀表故障及介質(zhì)密度變化，盡早作出修正。

結束語(yǔ)

液氨儲罐的液位控制采用了磁翻板液位計現場(chǎng)顯示與液位遠傳裝置組合的形式實(shí)現。由液位遠傳裝置信號轉換成二線(xiàn)制4～20 mA DC標準信號輸出，該信號可方便地與數顯表配套使用，從而達到顯示、控制、調節和報警的目的，增加了液氨儲罐液位監控的可靠性。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與差壓變送器結合的方法對液氨儲罐液位進(jìn)行監控。

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