摘　要:針對(duì)目前磁浮子液位計(jì)在低溫液體環(huán)境應(yīng)用中存在的液位計(jì)在某些部位出現(xiàn)冷凝冰塊, 降低儀器測量精度、影響其使用壽命的問題, 根據(jù)真空保溫原理, 對(duì)液位計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn), 在測量筒和上下平衡管增加真空保溫層, 防止出現(xiàn)冷凝冰塊, 保證了在深冷環(huán)境下磁浮子液位計(jì)的正常使用和顯示, 提高了儀器的性能

 

    目前, 低溫液體液位的測量方法有很多種, 各有其優(yōu)缺點(diǎn) 。其中由于磁浮子液位計(jì)結(jié)構(gòu)密封性可靠, 觀察清晰明了, 已在部分市場上得到了應(yīng)用[ 1]。但在低溫液體所要求的工況下, 這些儀表還有待進(jìn)一步的完善 。

 

    1　普通磁性浮子液位計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    1.1　工作原理及用途[ 2]

    磁浮色標(biāo)式液位計(jì)是以磁性浮子為感應(yīng)元件, 并通過磁性浮子與顯示色條中磁性體的耦合作用, 反映被測液位或界面的測量儀表。磁性浮子液位計(jì)和被測容器形成連通器, 保證被測量容器與測量管體間的液位相等。當(dāng)液位計(jì)測量管中的浮子隨被測液位變化時(shí), 浮子中的磁性體與顯示條上顯示色標(biāo)中的磁性體作用, 使其翻轉(zhuǎn), 紅色(或者綠色 )表示有液, 白色 (或者紅色 )表示無液, 以達(dá)到準(zhǔn)確顯示液位的目的 。

 

    就地顯示磁性浮子液位計(jì)具有顯示直觀醒目 、無需電源 、安裝方便可靠 、維護(hù)量小、維修費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn), 是玻璃管、玻璃板液位計(jì)的升級(jí)換代產(chǎn)品, 可廣泛應(yīng)用于石油 、化工 、電站、制藥、冶金 、船舶工業(yè) 、水 /污水處理等行業(yè)的罐 、槽 、箱等容器的液位觀察監(jiān)測。

 

    根據(jù)工程實(shí)際需要, 配合遠(yuǎn)方傳輸設(shè)施, 磁性浮子液位計(jì)不僅可以就地顯示液位, 也可在主控室通過計(jì)算機(jī)或者數(shù)字顯示儀表來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觀測。根據(jù)工業(yè)過程控制的需要, 對(duì)液位報(bào)警或進(jìn)行控制。

 

    1.2　結(jié)構(gòu)

    圖 1為普通磁性浮子液位計(jì)結(jié)構(gòu)示意。與液體容器連通的一個(gè)測量筒, 置于測量筒中的磁浮子, 以及固定在測量筒外由多個(gè)翻板或翻柱組成的液位顯示器。其中, 翻板或翻柱上安裝有磁性材料, 磁浮子在測量筒中隨液位的高低上下浮動(dòng),與磁浮子位于相同高度的翻板或翻柱由于兩個(gè)

 

 

 

    元件上磁性材料的作用而發(fā)生翻轉(zhuǎn)。翻板或翻柱上涂有兩種視覺區(qū)分較大的顏色, 觀看液位顯示器中翻板或翻柱的顏色分界線就可知容器中液位的情況 。測量筒垂直方向的上下兩端安裝有閥門, 其中上閥門用于平衡氣壓, 下閥門用于放走殘留液體 。

 

    1.3　磁性浮子液位計(jì)在低溫液體環(huán)境使用中的問題

    當(dāng)此液位計(jì)用于部分特殊用途時(shí), 上述結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)問題 。例如當(dāng)容器中儲(chǔ)裝的是被壓縮和液化了的氣體或其它低溫液體時(shí), 由于容器內(nèi)液體溫度非常低, 導(dǎo)致液位計(jì)的測量筒與低溫壓力容器連接的上下平衡連通管的溫度也非常之低。在此情況下, 測量筒中的低溫液體將使外部的空氣冷凝, 致使測量筒的外部極易凝結(jié)大量的冰塊, 尤其嚴(yán)重的是液位計(jì)上的顯示器也會(huì)結(jié)冰, 而這些冰體卡澀了顯示器翻板, 使其無法正常顯示其應(yīng)有的色標(biāo), 失去了液位計(jì)應(yīng)有的功能 。

 

    2　改進(jìn)磁性浮子液位計(jì)的結(jié)構(gòu)

    2.1　真空保溫原理[ 3]

    根據(jù)溫度傳播的 3種途徑:傳導(dǎo) 、對(duì)流 、輻射?；诙磐咴? 在兩個(gè)溫度不等的環(huán)境中間用一真空層來隔離將阻斷上述溫度傳播, 使得各自的溫度對(duì)另一個(gè)環(huán)境溫度不發(fā)生影響。傳導(dǎo)和對(duì)流均需要傳熱介質(zhì)。由于真空中無介質(zhì) (工程上不可能絕對(duì)真空 )阻止了傳導(dǎo)和對(duì)流的發(fā)生, 因此可保溫或者保冷 (但仍有輻射傳熱, 如真空的暖瓶內(nèi)壁涂水銀就是為了阻止輻射傳熱 ) ?；诖宋锢砀拍? 技術(shù)人員改進(jìn)了液位計(jì)的結(jié)構(gòu) 。

 

    2.2　改進(jìn)的 CSY雙層保冷磁性浮子液位計(jì)[4]

    在原有的液位計(jì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上, 在測量筒外增加一真空保溫層 。由于測量筒中的液體跟容器中的液體是相同的, 故測量筒外的真空保溫層阻隔了測量筒內(nèi)的低溫液體與外界空氣的溫度影響。實(shí)踐證明, 此項(xiàng)改進(jìn)確實(shí)起到了良好的隔溫作用。但此結(jié)構(gòu)在實(shí)際裝置運(yùn)行中, 平衡連通管周圍會(huì)凝結(jié)出大量冰塊。通過分析, 由于測量筒與容器間是通過上下兩根平衡管相連接的, 在液位計(jì)可正常指示時(shí), 下平衡管中始終充滿低溫液體 。因在測量筒外增加的真空保溫層不能阻隔平衡管與外界的直接接觸, 故在平衡管四周還是會(huì)出現(xiàn)大量的冰塊 。

 

    基于上述情況, 再次改進(jìn)了結(jié)構(gòu) —即在平衡連通管外也增加一真空保溫層 。具體實(shí)施方案見圖 2。

 

 

    在原有的液位計(jì)管體結(jié)構(gòu)上在測量筒外增加一個(gè)外管, 同時(shí)在平衡管外制作一個(gè)外管 。將外管 1和外管 6分別與測量筒 2和平衡管 7中間的空間抽成真空作為真空保溫層 8。上排污閥用于排出殘留氣體并平衡氣壓, 且溫度相對(duì)較高, 所以所用閥門的手柄較短尺寸也較小 。直接用一個(gè)金屬導(dǎo)管連接測量筒和上排污閥門, 此處測量筒與外界可通過導(dǎo)管和閥門與外界發(fā)生熱量的傳導(dǎo),但由于接觸面積小, 且導(dǎo)管要經(jīng)過中間的真空保溫層, 所以低溫傳遞不明顯, 不會(huì)出現(xiàn)上排污閥門處產(chǎn)生冷凝結(jié)冰的情況;下排污閥門用于排放殘留液體, 所接觸液體的溫度較低, 所以采用閥門的手柄較長尺寸也較大 。用法蘭 3連接下排污閥門4和測量筒, 由于法蘭與測量筒的低溫液體接觸面積比較大, 熱量的傳導(dǎo)將很多, 且法蘭與金屬筒體相連接, 連接的密封可靠性不能保證, 長期使用液體可能從法蘭的連接處滲出, 所以在法蘭的連接處和測量筒的底部加裝了一個(gè) “T”形的聚四氟乙烯材料的密封墊 5, 避免了低溫液體與法蘭的直接接觸, 并且防止了液體的滲出 。

 

    3　使用效果

    圖 3、圖 4為未全部保冷和全面真空保冷液位計(jì)使用效果 。

    從圖 3和圖 4可見, 平衡連通管無真空保溫層的液位計(jì), 有冷凝冰塊出現(xiàn)。加了之后, 冷凝冰塊全部消失 。

 

 

    4　實(shí)際使用情況

    上海賽科石油化工有限責(zé)任公司 (以下簡稱賽科 )乙烯裝置共有約 30臺(tái)低溫磁性浮子液位計(jì), zui低設(shè)計(jì)溫度達(dá) -171 ℃。原先采用的是普通結(jié)構(gòu)的浮色標(biāo)液位計(jì), 在投用過程中發(fā)現(xiàn), 雖然液位計(jì)的平衡連通管、測量筒處有冷保溫層, 但外部顯示器、磁性色標(biāo)板 、標(biāo)尺處還結(jié)有厚厚的冰塊,無法辨認(rèn)出測量筒內(nèi)浮子的真實(shí)位置。

 

    從 2006年 2月始, 賽科逐步將普通磁性浮子液位計(jì)更換為真空雙層保冷的 CSY磁性浮子液位計(jì), 所視部位無任何結(jié)冰跡象, 并無需冷保溫, 實(shí)際液位指示準(zhǔn)確、清晰, 反應(yīng)靈敏, 使用壽命長, 無需維護(hù)。

 

    在 2009年 5月賽科乙烯裝置改擴(kuò)建項(xiàng)目中,新增了 18臺(tái)低溫 CSY磁性浮子液位計(jì), 實(shí)際使用情況良好 。

 

    5　結(jié)語

    采用真空保溫層對(duì)低溫液位計(jì)測量筒和上下平衡管進(jìn)行保溫, 可有效地消除液位計(jì)結(jié)冰現(xiàn)象。低溫液體液位測量的方法多種多樣, 但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)容器內(nèi)的介質(zhì)、工作壓力和溫度,結(jié)合實(shí)際情況合理選擇液位測量方法或組合, 以達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的 。