摘　要:針對目前磁浮子液位計在低溫液體環境應用中存在的液位計在某些部位出現冷凝冰塊, 降低儀器測量精度、影響其使用壽命的問題, 根據真空保溫原理, 對液位計的結構進行改進, 在測量筒和上下平衡管增加真空保溫層, 防止出現冷凝冰塊, 保證了在深冷環境下磁浮子液位計的正常使用和顯示, 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, 各有其優缺點 。其中由于磁浮子液位計結構密封性可靠, 觀察清晰明了, 已在部分市場上得到了應用[ 1]。但在低溫液體所要求的工況下, 這些儀表還有待進一步的完善 。

 

    1　普通磁性浮子液位計結構特點

    1.1　工作原理及用途[ 2]

    磁浮色標式液位計是以磁性浮子為感應元件, 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。當液位計測量管中的浮子隨被測液位變化時, 浮子中的磁性體與顯示條上顯示色標中的磁性體作用, 使其翻轉, 紅色(或者綠色 )表示有液, 白色 (或者紅色 )表示無液, 以達到準確顯示液位的目的 。

 

    就地顯示磁性浮子液位計具有顯示直觀醒目 、無需電源 、安裝方便可靠 、維護量小、維修費用低的優點, 是玻璃管、玻璃板液位計的升級換代產品, 可廣泛應用于石油 、化工 、電站、制藥、冶金 、船舶工業 、水 /污水處理等行業的罐 、槽 、箱等容器的液位觀察監測。

 

    根據工程實際需要, 配合遠方傳輸設施, 磁性浮子液位計不僅可以就地顯示液位, 也可在主控室通過計算機或者數字顯示儀表來實現遠程觀測。根據工業過程控制的需要, 對液位報警或進行控制。

 

    1.2　結構

    圖 1為普通磁性浮子液位計結構示意。與液體容器連通的一個測量筒, 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,與磁浮子位于相同高度的翻板或翻柱由于兩個

 

 

 

    元件上磁性材料的作用而發生翻轉。翻板或翻柱上涂有兩種視覺區分較大的顏色, 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　磁性浮子液位計在低溫液體環境使用中的問題

    當此液位計用于部分特殊用途時, 上述結構將出現問題 。例如當容器中儲裝的是被壓縮和液化了的氣體或其它低溫液體時, 由于容器內液體溫度非常低, 導致液位計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大量的冰塊, 尤其嚴重的是液位計上的顯示器也會結冰, 而這些冰體卡澀了顯示器翻板, 使其無法正常顯示其應有的色標, 失去了液位計應有的功能 。

 

    2　改進磁性浮子液位計的結構

    2.1　真空保溫原理[ 3]

    根據溫度傳播的 3種途徑:傳導 、對流 、輻射。基于杜瓦原理, 在兩個溫度不等的環境中間用一真空層來隔離將阻斷上述溫度傳播, 使得各自的溫度對另一個環境溫度不發生影響。傳導和對流均需要傳熱介質。由于真空中無介質 (工程上不可能絕對真空 )阻止了傳導和對流的發生, 因此可保溫或者保冷 (但仍有輻射傳熱, 如真空的暖瓶內壁涂水銀就是為了阻止輻射傳熱 ) 。基于此物理概念, 技術人員改進了液位計的結構 。

 

    2.2　改進的 CSY雙層保冷磁性浮子液位計[4]

    在原有的液位計結構基礎上, 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的低溫液體與外界空氣的溫度影響。實踐證明, 此項改進確實起到了良好的隔溫作用。但此結構在實際裝置運行中, 平衡連通管周圍會凝結出大量冰塊。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, 在液位計可正常指示時, 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出現大量的冰塊 。

 

    基于上述情況, 再次改進了結構 —即在平衡連通管外也增加一真空保溫層 。具體實施方案見圖 2。

 

 

    在原有的液位計管體結構上在測量筒外增加一個外管, 同時在平衡管外制作一個外管 。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, 且溫度相對較高, 所以所用閥門的手柄較短尺寸也較小 。直接用一個金屬導管連接測量筒和上排污閥門, 此處測量筒與外界可通過導管和閥門與外界發生熱量的傳導,但由于接觸面積小, 且導管要經過中間的真空保溫層, 所以低溫傳遞不明顯, 不會出現上排污閥門處產生冷凝結冰的情況;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 “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, 有冷凝冰塊出現。加了之后, 冷凝冰塊全部消失 。

 

 

    4　實際使用情況

    上海賽科石油化工有限責任公司 (以下簡稱賽科 )乙烯裝置共有約 30臺低溫磁性浮子液位計, zui低設計溫度達 -171 ℃。原先采用的是普通結構的浮色標液位計, 在投用過程中發現, 雖然液位計的平衡連通管、測量筒處有冷保溫層, 但外部顯示器、磁性色標板 、標尺處還結有厚厚的冰塊,無法辨認出測量筒內浮子的真實位置。

 

    從 2006年 2月始, 賽科逐步將普通磁性浮子液位計更換為真空雙層保冷的 CSY磁性浮子液位計, 所視部位無任何結冰跡象, 并無需冷保溫, 實際液位指示準確、清晰, 反應靈敏, 使用壽命長, 無需維護。

 

    在 2009年 5月賽科乙烯裝置改擴建項目中,新增了 18臺低溫 CSY磁性浮子液位計, 實際使用情況良好 。

 

    5　結語

    采用真空保溫層對低溫液位計測量筒和上下平衡管進行保溫, 可有效地消除液位計結冰現象。低溫液體液位測量的方法多種多樣, 但在實際應用中應根據容器內的介質、工作壓力和溫度,結合實際情況合理選擇液位測量方法或組合, 以達到既安全又經濟的目的 。