磁翻板液位計在液氨儲罐液位測量中的應(yīng)用方法分析
概述
液氨的形成通常是將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨，以方便于儲存于運輸。它是一種無色透明流動液體，易燃、有毒、有強烈刺激性氣味，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，對人體具有較大危害。與空氣混合能形成爆炸性混合物，在遇到明火、高熱能時可以引起燃燒爆炸。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。
作為一種重要的化工原料，若不加以妥善的儲存與保管，將會產(chǎn)生很大的危害性，液氨在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，具有腐蝕性且容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率很高。因此必須對液氨儲罐的液位進行控制。因此對液氨儲罐液位的監(jiān)控非常重要。磁翻板液位計結(jié)構(gòu)簡單、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。文中對這兩種方法進行分析，并介紹了應(yīng)用實例，對選擇和應(yīng)用液氨儲罐液位控制方法提供參考。
一、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。為運輸及儲存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨，儲存于耐壓鋼瓶或儲罐中。罐裝運輸用鋼瓶或槽車以及儲存用的儲罐等應(yīng)符合汽瓶安全監(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o.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上。露天堆放時，應(yīng)以帳篷遮蓋，防止日光直射。儲罐中的液氨液位應(yīng)進行嚴(yán)格監(jiān)控。
二、液氨儲罐的液位控制
1、控制方法
磁翻板液位計是根據(jù)磁極藕合原理、阿基米德(浮力定律)等原理，結(jié)合機械傳動的特性而開發(fā)研制的一種專門用于液位測量的裝置。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，觀察直觀、清晰，不堵塞、不滲漏，安裝方便，維修簡單等特點，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，達(dá)到遠(yuǎn)程測量和監(jiān)控的口的。其中，4~20mA電流信號是比較常用的一種。在現(xiàn)場監(jiān)測液位的同時，將液位的變化通過變送器、傳感器、線纜及儀表傳到控制室，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)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(jù)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(jiān)控方法，才能達(dá)到測量和監(jiān)控的目的。
2、遠(yuǎn)傳磁翻板液位計結(jié)構(gòu)及原理
磁翻板液位計是根據(jù)浮力原理和磁性藕合作用而實現(xiàn)液位測量及現(xiàn)場顯示的儀器。當(dāng)被測容器中的液位升降時，液位計測量管中的磁性浮子也隨之升降。磁性浮子根據(jù)檢測介質(zhì)的設(shè)定密度制造。浮子的磁位置面與介質(zhì)液面始終平齊。浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁藕合傳遞信號到現(xiàn)場指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°，當(dāng)液位上升時，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，當(dāng)液位下降時，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)液位的實際高度，從而實現(xiàn)液位的現(xiàn)場指示。
2.1采用電阻傳感器(電阻式)進行遠(yuǎn)程液位控制
由電阻傳感器和R/I轉(zhuǎn)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(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。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(dǎo)管外側(cè)，使其處于液位計同一磁藕合系統(tǒng)中。遠(yuǎn)傳磁翻板液位計的磁性浮子隨液位上下移動時，對應(yīng)液位位置的干簧管受浮子內(nèi)磁場的作用吸合，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轉(zhuǎn)換成二線制4~20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，該信號可方便地與數(shù)顯表配套使用，從而達(dá)到顯示、控制、調(diào)節(jié)和報警的目的。
2.2采用差壓變送器(差壓式)進行遠(yuǎn)程液位控制
將磁翻板液位計與差壓變送器、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，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，經(jīng)過溫度補償和線性校正，轉(zhuǎn)換成4~20mADC標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出，達(dá)到顯示、控制、調(diào)節(jié)和報警的目的。
三、兩種液氨儲罐液位控制方法分析
1、電阻式控制和差壓式控制共同點
就地顯示無須電源，顯示部分和介質(zhì)完全隔離，不會因介質(zhì)污染顯示條而使觀測受到影響，根據(jù)用戶需要調(diào)節(jié)開關(guān)點位置，安裝方便。液位變送器二線制4~20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)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(shè)備的介質(zhì)液位檢測?？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量，安全可靠，全過程測量無盲區(qū)，讀數(shù)直觀，且測量范圍大。特別是現(xiàn)場指示部分，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。
2、電阻式控制和差壓式控制區(qū)別
（1）、電阻式控制
磁性浮子隨液位上下移動，現(xiàn)場是通過磁藕合翻柱翻轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)傳信號是通過干簧管吸合，改變電阻鏈阻值。對應(yīng)液位位置分別傳遞現(xiàn)場指示信號、遠(yuǎn)傳信號。如果容器介質(zhì)密度相對設(shè)定密度增大時，實際液面低于現(xiàn)場指示液面和遠(yuǎn)傳信號液面(指示液面和遠(yuǎn)傳信號液面等高同步)。介質(zhì)密度減小時，實際液面高于現(xiàn)場指示液面和遠(yuǎn)傳信號液面(指示液面和遠(yuǎn)傳信號液面等高同步)。密度差值一定時，指示、遠(yuǎn)傳誤差是定值，與液面高低無關(guān)。
（2）、差壓式控制
遠(yuǎn)傳信號是通過容器內(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)密度相對設(shè)定密度增大時，實際液面低于遠(yuǎn)傳信號液面(指示液面和遠(yuǎn)傳信號液面不等高)。介質(zhì)密度減小時，實際液面高于遠(yuǎn)傳信號液面(指示液面和遠(yuǎn)傳信號液面不等高)。密度差值一定時，遠(yuǎn)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(xiàn)場指示失靈、遠(yuǎn)傳信號還可以使用。壓差變送器失靈，現(xiàn)場指示還可以使用，不影響監(jiān)控，起到了雙維監(jiān)控作用。
（3）、應(yīng)用實例
某液氨儲罐的實際使用溫度范圍在-50~20℃之間，其內(nèi)部液氨密度的變化為702.15一610.28kg/m3m，測量高度3000mm。設(shè)定基準(zhǔn)密度為652.02kg/m3m(一100C時)，磁性浮子總長360mm,磁鋼位置310mm。儲罐內(nèi)裝人密度為702.15kg/畝的液氨，實際液面在2000mm處，現(xiàn)場指示2020mm，電阻式信號為2020mm，壓差式信號為2154mm。實際液面在500mm，現(xiàn)場指示520mm，電阻式信號為520mm，壓差式信號為538mm。試驗結(jié)果見表1。
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(xiàn)場的磁翻板液位計的顯示數(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。
差壓變送器所測量的結(jié)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△P與高度△h成正比。在溫度變化時，液氨的密度隨之變化，液氨體積膨脹或縮小，所以實際液位升高或降低。如果需要顯示實際液位，也可以進一步引人介質(zhì)溫度補償予以解決。從表1中可以看出，AlB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進行修正。如果想得到精確修正，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，電阻式控制對液位的顯示與現(xiàn)場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滑動，變化一致，因此顯示也是一致的。從這一點上來說，采用電阻式控制比采用差壓式控制所顯示的液位要精確得多。但是如果磁性浮子發(fā)生故障(浮子卡住、損壞)，現(xiàn)場指示、遠(yuǎn)傳信號同時失靈，影響監(jiān)控。而差壓變送器法則不會出現(xiàn)這種情況，測量時具有對比性，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。
四、結(jié)語
液氨儲罐的液位控制采用了磁翻板液位計現(xiàn)場顯示與液位遠(yuǎn)傳裝置組合的形式實現(xiàn)。由液位遠(yuǎn)傳裝置信號轉(zhuǎn)換成二線制4~20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，該信號可方便地與數(shù)顯表配套使用，從而達(dá)到顯示、控制、調(diào)節(jié)和報警的口的，增加了液氨儲罐液位監(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與差壓變送器結(jié)合的方法對液氨儲罐液位進行監(jiān)控。
