吹氣式液位計(jì)可對敞口或密閉容器內(nèi)的液體進(jìn)行測量。除吹氣管與被測介質(zhì)接觸外，吹氣裝置主要設(shè)備和液位變送器的測量元件均不與被測介質(zhì)接觸，結(jié)構(gòu)簡單可靠，從而保護(hù)了測量元件，減少了儀表的維護(hù)量，增加了測量的可靠性。吹氣式液位計(jì)除了能測量普通液體的液位外，特別適用于惡劣環(huán)境下，例如腐蝕性液體、黏度較大液體、易結(jié)晶液體、高溫液體的液位，廣泛應(yīng)用于石化企業(yè)中。
1、液位計(jì)的運(yùn)用分析
應(yīng)用于污水池液位測量的液位計(jì)采用的是靜壓投入式液位計(jì)，污水池水量波動(dòng)大。石油化工廢水水質(zhì)、水量與生產(chǎn)流程密切相關(guān)，工藝過程中產(chǎn)生的廢水是連續(xù)排放的。石油化工廢水成分復(fù)雜，廢水中含有大量的油類物質(zhì)、污泥物、重金屬物質(zhì)等。廢水pH不穩(wěn)，受原料、工藝等的影響可能呈強(qiáng)堿性，也可能呈強(qiáng)酸性。設(shè)備核心部件使用的是壓力傳感器，這種液位計(jì)是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴(kuò)散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)換成4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。此類液位計(jì)在惡劣環(huán)境影響下經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)檢測元件被污水池中油污堵塞、設(shè)備密封漏水等故障，不但給工藝造成操作測量失靈，也給儀表維修人員帶來大量的工作量。投入式液位計(jì)工作原理如圖1。
圖1 投入式液位計(jì)工作原理示意
如圖1所示，它由傳感器探頭和變送器組成，基本工作原理就是靜壓液位測量，是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，液體介質(zhì)中，某一個(gè)深度產(chǎn)生的壓力就是測量點(diǎn)以上的介質(zhì)自身的重量所產(chǎn)生的。它與介質(zhì)的密度和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣瘸烧取Ｍㄟ^公式P=ρ×g×h反映了它們之間的比例關(guān)系。其中P為壓力，ρ為介質(zhì)密度，g為重力加速度，h為測量點(diǎn)的深度。實(shí)際應(yīng)用是采用擴(kuò)散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)成電信號(hào)傳遞到指示儀表來顯示液位的變化情況。
在維修這種液位計(jì)后發(fā)現(xiàn)，探測器探頭出現(xiàn)污泥堵塞造成檢測元件檢測誤差大，密封處滲漏或接液的探測傳感器與保護(hù)殼密封滲漏造成儀表失靈。修復(fù)后的探頭很容易出現(xiàn)二次故障，線纜密封處再次出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，從而造成壓力傳感器損壞，使修復(fù)后的投入式液位計(jì)不能長期穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)在修復(fù)過程中這種液位計(jì)的壓力傳感器部件和所測介質(zhì)之間需要有較高密封性的要求。由于這種液位計(jì)故障率高，一年中幾個(gè)水池中的投入式液位計(jì)的壓力傳感器要更換好幾次，每年更換的壓力傳感器就達(dá)十幾個(gè)，大幅增加了設(shè)備維修費(fèi)用，為此需要找到一種更好更合理的液位測量方法來替代原有的測量方式。
2、常見的液位計(jì)及優(yōu)缺點(diǎn)
①浮球液位計(jì)
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維修簡單，耐腐蝕。適用污水處理及各類敞口或帶壓容器內(nèi)介質(zhì)液位的測量，對于地下水池和水箱的液位測量尤為理想。磁性浮球液位計(jì)由不銹鋼或防腐材料制成，且具有隔爆的防護(hù)性能。
缺點(diǎn)：有固體雜質(zhì)和磁雜質(zhì)進(jìn)入，對浮子造成卡阻及減弱浮力。安裝受容器形狀結(jié)構(gòu)的限制比較大；不適合用于腐蝕性強(qiáng)、有危險(xiǎn)性的介質(zhì)。
②投入式液位計(jì)
優(yōu)點(diǎn)：傳感器無機(jī)械可動(dòng)部分，結(jié)構(gòu)簡單、可靠；精確度高；檢測端消耗電能小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；維護(hù)方便，壽命長。
缺點(diǎn)：傳感器密封易滲漏，被測液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定會(huì)引起誤差。
③差壓式液位計(jì)
優(yōu)點(diǎn)：差壓式液位測量無機(jī)械磨損，工作可靠，質(zhì)量穩(wěn)定，壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，便于操作維護(hù)，體積小適合大多數(shù)常溫常壓的場合。
缺點(diǎn)：引壓管內(nèi)的液體容易受溫度影響凝固，需要進(jìn)行伴熱保溫。投用時(shí)麻煩，須在變送器引壓管中注滿水才能準(zhǔn)確投用。
④伺服液位計(jì)
優(yōu)點(diǎn)：不僅可以測量介質(zhì)液位，同時(shí)還具有密度測量功能、油水界面測量功能、介質(zhì)的平均密度和密度分布測量功能。
缺點(diǎn)：當(dāng)測量介質(zhì)黏稠度較高，存在掛壁及黏黏的特性時(shí)，伺服液位計(jì)在測量上會(huì)存在較大的測量誤差，不太適合應(yīng)用在此類介質(zhì)的液位測量上。
⑤吹氣式液位計(jì)
優(yōu)點(diǎn)：吹氣裝置組成的液位測量系統(tǒng)沒有可動(dòng)部件，除吹氣管外，其他測量元件不與被測介質(zhì)接觸。全機(jī)械結(jié)構(gòu)，密封性好，故障率低，維護(hù)量較小。
缺點(diǎn)：被測液體的雜質(zhì)多，長年積累后易堵塞了導(dǎo)壓管，需定期進(jìn)行維護(hù)維修。
3、項(xiàng)目實(shí)施改造
吹氣式液位計(jì)測量液位準(zhǔn)確，液位狀態(tài)顯示穩(wěn)定，現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)方便。吹氣式液位計(jì)是非接觸式液位測量儀表，可對敞口或密閉容器內(nèi)的液體進(jìn)行測量。除吹氣管與被測介質(zhì)接觸外，變送器測量元件均不與被測介質(zhì)接觸，從而保護(hù)了測量元件，減少了儀表的維護(hù)量，增加了測量的可靠性。具體測量是將一根吹氣管插入接近容器的底面，即被測液體的最低面(零液位)，然后在吹氣管通入一定量的氣體，當(dāng)吹氣管中壓力近似于測量管液柱高度的靜壓力時(shí)，此時(shí)測得的壓力指即為液面高度。當(dāng)被測對象對測量精度要求不高時(shí)這種液位測量非常簡便適用。具體過程是儀表氣源經(jīng)過過濾器減壓器減壓后，在定值器輸出端定壓輸出一個(gè)等于液位最高值的壓力，然后通過儀表針形氣閥節(jié)流恒流送入測量緩沖罐后再通過測量管吹入水池中，緩沖罐的作用是保證吹入測量管的氣流穩(wěn)定均勻，當(dāng)吹入測量管的壓力近似等于液位的高度時(shí)，儀表測量的壓力數(shù)值就是液位的高度。如圖2所示：
圖2 吹氣式液位計(jì)工作原理示意
如圖2所示，敞口容器儲(chǔ)水池中安裝一根吹氣管，將氣源的空氣或者惰性氣體(如氮?dú)?通過過濾器減壓閥過濾、再經(jīng)定值器將供氣壓力減少至某一恒定值，使吹氣入口壓力保證恒定，其恒定壓力的大小根據(jù)被測液位高度而定，最后這個(gè)潔凈恒定壓力的空氣再經(jīng)恒節(jié)流孔與吹氣管后吹入被測液體中，恒節(jié)流孔的作用是保證恒定流量的氣體從插入液體的吹氣管下端口逸出。當(dāng)液位最低時(shí)，氣泡吹出沒有阻力背壓為零，壓力計(jì)P指示零；當(dāng)液位增高時(shí)，氣泡吹出要克服液柱的靜壓力，背壓增加壓力計(jì)P指示增大。在吹氣管下端微量氣泡排出約為150個(gè)/min時(shí)，因氣泡微量且氣體流速較低，可忽略空氣在吹氣管中的沿程損失，這樣吹氣管內(nèi)的氣壓幾乎與液位靜壓相等，因此，背壓即壓力計(jì)P所指示的壓力值與液面的高低成正比，即反映了液面的高低變化。其關(guān)系是：液體壓力：F=ρ×g×h，靜壓平衡時(shí)：P=F=ρ×g×h，即液面高度：h=P/ρ×g。
4、吹氣式液位計(jì)選用優(yōu)勢
①吹氣式液位計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝、運(yùn)行穩(wěn)定、價(jià)格低廉、維護(hù)方便在安全生產(chǎn)方面具有很大的優(yōu)勢。
②采用吹氣管與被測介質(zhì)接觸避免了檢測元件被污泥堵塞的情況，如果吹氣管出現(xiàn)堵塞的情況下，只需要通過調(diào)整液位計(jì)供氣壓力，將堵塞物通過氣源壓力吹通即可。
③選用吹氣式液位計(jì)可以將檢測元件從具有腐蝕性介質(zhì)中轉(zhuǎn)移出來，對檢測設(shè)備有良好的保護(hù)作用，由于壓力檢測元件從污水池中移至頂部，對后期設(shè)備維修與維護(hù)都提供了便利條件。
5、改造后的應(yīng)用
昌暉儀表制造有限公司生產(chǎn)的吹氣式液位計(jì)在葫蘆島鋅業(yè)股份有限公司有近二十年使用經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)應(yīng)用現(xiàn)場實(shí)地考察后選用昌暉儀表吹氣式液位計(jì)測量污水池液位。吹氣式液位計(jì)測量原件不接觸液體，使儀表無故障工作時(shí)間極大延長，利用方便易得的儀表風(fēng)資源，降低成本、節(jié)約費(fèi)用，提高維修技改技能。在改造中使用過濾減壓閥在現(xiàn)場手動(dòng)調(diào)節(jié)空氣的流量從而達(dá)到最優(yōu)空氣消耗數(shù)量來減少浪費(fèi)，同時(shí)增加了測量管緩沖室使吹入吹氣管的氣體更加均勻，以減少氣源波動(dòng)引起的測量干擾。
6、結(jié)束語
中海石油葫蘆島精細(xì)化工有限責(zé)任公司采用吹氣式液位計(jì)來測量污水池液位，防止傳感器和線纜接液，極大的延長壓力變送器的傳感器壽命和因這些部件接液而造成的儀表故障。提高了儀表的液位測量的準(zhǔn)確性、安全性、穩(wěn)定性，延長了儀表的無故障工作周期。
作者：李磊
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