摘 要：磁翻板液位計(jì)作為一種新型管道轉(zhuǎn)換連接設(shè)備，近年來在液體化工碼頭得到使用，可實(shí)現(xiàn) 4 根管道間互換連通轉(zhuǎn)換且滿足清管球的順利通過，避免了管道轉(zhuǎn)換時(shí)殘液滴濺帶來的安全隱患及環(huán)保問題，連接方便、安全。文章介紹了液體化工碼頭中工藝管道常用的清管方式及其限制，給出了磁翻板液位計(jì)的工作原理和設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合具體工程實(shí)例，說明其可提高碼頭工藝系統(tǒng)的靈活性、減少工程投資，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、占地、操作、日常維護(hù)、價(jià)格等方面與常用的清管分配閥進(jìn)行對(duì)比，證明了磁翻板液位計(jì)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，可供同類工程參考。

0 引言

近年來，我國(guó)石油、化工、醫(yī)藥等行業(yè)對(duì)化工品需求大增，促使液體化工碼頭的建設(shè)。液體化工碼頭具有裝卸貨種種類繁多、單次裝卸量相對(duì)較少、質(zhì)保要求高等特點(diǎn)，為保證物料的數(shù)量和質(zhì)量，多采用清管掃線的方式對(duì)工藝管道進(jìn)行清空作業(yè) [1] ；同時(shí)，投資方往往希望所建碼頭具有公用性，滿足多個(gè)庫(kù)區(qū)服務(wù)或多個(gè)碼頭均可服務(wù)于一個(gè)庫(kù)區(qū)，以提高碼頭的利用率，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)zui大化 [2] 。磁翻板液位計(jì)能實(shí)現(xiàn) 4 根管道間互換連通、轉(zhuǎn)換且滿足清管球通過，近年來在液體化工碼頭得到使用。鑒于目前國(guó)內(nèi)使用磁翻板液位計(jì)的工程較少，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行交流研究具有一定意義。

1 常用的清管方式及其限制

因液體化工碼頭裝卸作業(yè)的不連續(xù)性，決定了碼頭工藝管道的間歇運(yùn)行。當(dāng)管內(nèi)物料易自聚、易變質(zhì)、保量要求高或需更換管內(nèi)物料的種類時(shí)，需將管內(nèi)的物料進(jìn)行清空。常用的管道清空方式是在管道上設(shè)置收發(fā)球設(shè)備，利用氮?dú)饣驂嚎s空氣作為動(dòng)力，推動(dòng)清管球?qū)⒐軆?nèi)物料吹掃至陸域儲(chǔ)罐或船艙 [1] 。

碼頭常用的清管球有橡膠清管球、聚氨酯泡沫清管球、碟形皮碗清管器、雙向直板清管器。橡膠清管球是由橡膠制成，主要用于清除管內(nèi)積液或分隔介質(zhì)；聚氨酯泡沫清管球具有較好的彈性、韌性和耐磨性，通過能力強(qiáng)，即使發(fā)生卡堵也可依靠其高變形性克服，或提高壓力使其破裂自行解堵，近年在液化碼頭應(yīng)用較多；碟形皮碗清管器通過能力優(yōu)于雙向直板清管器，主要用于清除管道內(nèi)積液、粉塵等污物；雙向直板清管器清除能力優(yōu)于碟形皮碗清管器，特別是能有效清除管道內(nèi)懸浮污物，可以雙向運(yùn)動(dòng)，清管效率較好 [3] 。具有清管功能的管道，常采取如下措施避免清管球卡堵：1） 使用全通徑閥門；2） 閥門處于全開位置；3） 管道彎頭半徑大于清管球允許通過的zui小半徑；4） 因清管球通過具有方向性，只能在一條管道內(nèi)行走，為確保清管球順利通過，不宜設(shè)支管，如必須設(shè)置支管時(shí)，支管的三通應(yīng)設(shè)有防護(hù)擋條 [3] 。

當(dāng)一個(gè)碼頭連接多個(gè)庫(kù)區(qū)或多個(gè)碼頭服務(wù)于一個(gè)庫(kù)區(qū)時(shí)，通常需將一條管道與多條管道相連接，如采取常規(guī)的焊接連接方式，就形成了一個(gè)具有多分支的管道系統(tǒng)。受清管球通過方向性的限制，此種多分支管道只能在其zui長(zhǎng)管段間利用清管球進(jìn)行清空，其余支管只能采用放空方式清空，因此這種多分支管道的清管作業(yè)非常困難。

2 磁翻板液位計(jì)的設(shè)計(jì)

鑒于多分支管道清管作業(yè)困難的情況，磁翻板液位計(jì)作為一種新型管道連接設(shè)備開始得到應(yīng)用。磁翻板液位計(jì)使原本為多分支的管道系統(tǒng)，變成了只用 1 個(gè)彎管接頭連接 2 條管道的系統(tǒng)，它的使用既可實(shí)現(xiàn) 4 根管道間互相連通轉(zhuǎn)換，又可滿足清管球的順利通過，還可避免管道轉(zhuǎn)換時(shí)殘液四處滴濺，其連接方便安全，有利于作業(yè)安全、環(huán)保 [4] 。

2.1 磁翻板液位計(jì)組成及工作原理

磁翻板液位計(jì)是由底座和彎管接頭組成。底座由對(duì)焊法蘭、無(wú)縫鋼管、管道間水平支撐結(jié)構(gòu)、垂直支撐結(jié)構(gòu)、底板、圍埝結(jié)構(gòu)、殘液收集管及其法蘭組成；在底板上按管道布置要求開洞，將 4 根無(wú)縫鋼管穿過開洞后與底板焊接，在無(wú)縫鋼管的頂端焊接對(duì)焊法蘭，無(wú)縫鋼管的另一端連接需要轉(zhuǎn)換的管道，在底板四周焊接圍埝結(jié)構(gòu)，底板一角焊接殘液收集管及其法蘭，zui后再焊接垂直支撐結(jié)構(gòu)和管道間水平支撐結(jié)構(gòu)；彎管接頭由對(duì)焊法蘭、2 個(gè)滿足清管球通過的 90°彎頭、直管和吊板組成。

根據(jù)清管球通過要求，選擇合理彎曲半徑的90°彎頭和直管焊接成 180°的彎管接頭；用底板、管道間水平支撐結(jié)構(gòu)抵抗管道熱脹冷縮產(chǎn)生的推力，并將需轉(zhuǎn)換的 4 根管道進(jìn)行固定，使其法蘭的位置相對(duì)固定，確保在連接彎管接頭時(shí)方便省力；在底板四周焊接一定高度圍埝結(jié)構(gòu)，使之與底板一起構(gòu)成一個(gè)封閉空間，再在底板一角焊接殘液收集管及其法蘭，且使底板坡向殘液收集管，可方便收集拆卸彎管接頭時(shí)滴落的液體。使用彎管接頭連接底座上需要轉(zhuǎn)換連通的法蘭，并利用螺栓、螺母等緊固件固定，在法蘭間加裝墊片以保證其密封性，從而實(shí)現(xiàn)管道轉(zhuǎn)換；因磁翻板液位計(jì)為鋼管連接且彎管接頭的彎曲半徑較大，可確保清管球的順利通過。

2.2 磁翻板液位計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

磁翻板液位計(jì)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)工程條件、使用條件合理確定其尺度及荷載，以確保連接安全、可靠。

應(yīng)根據(jù)工程條件首先確定底座上管道的口徑、材質(zhì)、壁厚、法蘭等級(jí)、法蘭系列等；然后根據(jù)清管球通過要求、安裝空間、操作空間等，確定彎管接頭尺寸、底板尺寸及開洞位置；再根據(jù)碼頭管道布置情況計(jì)算出管道間的推力，設(shè)計(jì)管道間水平支撐結(jié)構(gòu)、垂直支撐結(jié)構(gòu)；zui后設(shè)計(jì)圍埝結(jié)構(gòu)、接殘液收集管及其法蘭等。

3 工程實(shí)例

天津港大港港區(qū)（南港）泰奧石化倉(cāng)儲(chǔ)物流項(xiàng)目碼頭一期工程中的 5 號(hào)、6 號(hào)泊位上設(shè)計(jì)了若干磁翻板液位計(jì)，以此為例進(jìn)行說明 [5] 。

3.1 工程概況

5 號(hào)、6 號(hào)泊位建設(shè)規(guī)模為 1.0 萬(wàn)噸級(jí)泊位，為 棧 橋 式 兩 側(cè) 靠 船 碼 頭 ，設(shè)計(jì)船型為1 000~10 000 DWT 油船和化工品船，裝卸貨種包括 4 種成品油和 12 種化工品，總運(yùn)量為 140 萬(wàn) t/a，并在棧橋前端預(yù)留 2 個(gè) 5.0 萬(wàn)噸級(jí)液體化工碼頭和 2個(gè) 10.0 萬(wàn)噸級(jí)油品碼頭。業(yè)主要求工藝系統(tǒng)適應(yīng)性好、專管專用、工藝管道要通球、近期與遠(yuǎn)期相結(jié)合等。

3.2 工藝設(shè)計(jì)方案

為了工藝系統(tǒng)適應(yīng)性好，增加其靈活性，5號(hào)、6 號(hào)泊位均設(shè) 4 根 DN350 成品油管道，15 根DN200 化工品管道，并預(yù)留 6 條管道位置；為了減少工程投資，輸送同一物料的管道在棧橋處共用干管，減少管道數(shù)量的同時(shí)又不影響工藝系統(tǒng)的靈活性；裝卸設(shè)備選用軟管；收發(fā)球設(shè)備選用清管閥；成品油管采用管道zui遠(yuǎn)端安裝清管閥清管的方案，化工品管道采用設(shè)置磁翻板液位計(jì)對(duì)各管進(jìn)行轉(zhuǎn)接后清管的方案、并在各管端頭安裝清管閥。

磁翻板液位計(jì)的使用實(shí)現(xiàn)了多管道間連通、轉(zhuǎn)換，可確保清管作業(yè)順利完成，還可實(shí)現(xiàn) 5 號(hào)、

6 號(hào)泊位間“船－船直取”作業(yè)。

化工品裝卸船流程：庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐→裝船泵→棧橋工藝干管→磁翻板液位計(jì)→5 號(hào)（或 6 號(hào)）泊位管道→軟管→船艙；船艙→船泵→軟管→5 號(hào)（或 6 號(hào)）泊位管道→磁翻板液位計(jì)→棧橋工藝干管→庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐。

船－船直取流程（以 5 號(hào)泊位卸船至 6 號(hào)泊位裝船為例）：A 船船艙→A 船船泵→5 號(hào)泊位軟管→5 號(hào)泊位管線→磁翻板液位計(jì)→6 號(hào)泊位管線→6 號(hào)泊位軟管→B 船船艙。

化工品清管流程：利用氮?dú)馔苿?dòng)清管球清管，清管球行程為：5 號(hào)（或 6 號(hào)）泊位清管閥→5 號(hào)（或 6 號(hào)）泊位管道→磁翻板液位計(jì)→棧橋工藝干管→庫(kù)區(qū)管道→庫(kù)區(qū)收發(fā)球設(shè)施。

3.3 磁翻板液位計(jì)設(shè)計(jì)

1） 根據(jù)碼頭管道設(shè)計(jì)情況，確定轉(zhuǎn)換器中選用 SH/T 3406—1996《石油化工鋼制管法蘭》中DN200、PN2.0 鋼制對(duì)焊突面法蘭。

2） 根據(jù)清球通過要求，確定彎管接頭中選用3D 半徑的 90°彎頭，根據(jù)彎管接頭尺寸、法蘭的螺栓孔情況，確定底板尺寸為 1 290 mm×1 290 mm的正方形鋼板，將 4 根管道分別布置在底板四角，根據(jù)管道間距離設(shè)計(jì) 2 種尺寸的彎管接頭，用于連接 4 根管道中的任意 2 根，具體尺寸如圖 1、圖 2 所示。

3） 根據(jù)軟管架、工藝管廊布置等情況確定將裝卸區(qū)內(nèi)的管廊增加 1 層用于集中安裝磁翻板液位計(jì)。為了管道連接方便，將化工品管道安裝在棧橋管廊頂層；為了吊運(yùn)彎管接頭方便，在軟管架間設(shè) 1 臺(tái)電動(dòng)防爆單梁起重機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)景如圖 3 所示。

4） 根據(jù)碼頭管道間推力情況，設(shè)計(jì)管道間水平、垂直支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)圍埝結(jié)構(gòu)、殘液收集管及其法蘭等。

用彎管接頭連接底座上需轉(zhuǎn)換的 2 個(gè)法蘭，在法蘭間加裝墊片后，利用螺栓、螺母等將其固定，實(shí)現(xiàn)管道轉(zhuǎn)換。

3.4 磁翻板液位計(jì)與清管分配閥對(duì)比

清管分配閥是一種可滿足清管球通過的三通球閥，近年來在石化行業(yè)中得到使用，它可實(shí)現(xiàn)O—A、O—B 之間的管道轉(zhuǎn)換且滿足清管球通過要求，受閥門球體流道設(shè)計(jì)的限制，其對(duì)清管球的允許通過半徑要求較嚴(yán)。磁翻板液位計(jì)與清管分配閥對(duì)比情況（以 DN200 碳鋼管道轉(zhuǎn)換為例）見表 1。清管分配閥剖視圖見圖 4。

從投資、運(yùn)營(yíng)的可靠性和流程的靈活性等方面分析，磁翻板液位計(jì)優(yōu)于清管分配閥。

4 結(jié)語(yǔ)

磁翻板液位計(jì)是一種新型管道轉(zhuǎn)換連接設(shè)備，其連接安全、操作方便，可有效收集管道轉(zhuǎn)換時(shí)的殘液，避免了轉(zhuǎn)換時(shí)管內(nèi)殘液四處滴濺而帶來的安全隱患及環(huán)保問題，有利于作業(yè)安全及環(huán)境保護(hù)，解決了液體化工碼頭中多分支管道清管作業(yè)困難的問題。本文介紹了磁翻板液位計(jì)的設(shè)計(jì)情況，可為同類工程設(shè)計(jì)提供參考。