液體化工碼頭中磁翻板液位計的設計與應用解析

摘 要：磁翻板液位計作為一種新型管道轉換連接設備，近年來在液體化工碼頭得到使用，可實現 4 根管道間互換連通轉換且滿足清管球的順利通過，避免了管道轉換時殘液滴濺帶來的安全隱患及環保問題，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的工作原理和設計方法，并結合具體工程實例，說明其可提高碼頭工藝系統的靈活性、減少工程投資，在產品設計、占地、操作、日常維護、價格等方面與常用的清管分配閥進行對比，證明了磁翻板液位計設計的科學性和合理性，可供同類工程參考。

0 引言

近年來，我國石油、化工、醫藥等行業對化工品需求大增，促使液體化工碼頭的建設。液體化工碼頭具有裝卸貨種種類繁多、單次裝卸量相對較少、質保要求高等特點，為保證物料的數量和質量，多采用清管掃線的方式對工藝管道進行清空作業 [1] ；同時，投資方往往希望所建碼頭具有公用性，滿足多個庫區服務或多個碼頭均可服務于一個庫區，以提高碼頭的利用率，實現利潤zui大化 [2] 。磁翻板液位計能實現 4 根管道間互換連通、轉換且滿足清管球通過，近年來在液體化工碼頭得到使用。鑒于目前國內使用磁翻板液位計的工程較少，對其設計進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的不連續性，決定了碼頭工藝管道的間歇運行。當管內物料易自聚、易變質、保量要求高或需更換管內物料的種類時，需將管內的物料進行清空。常用的管道清空方式是在管道上設置收發球設備，利用氮氣或壓縮空氣作為動力，推動清管球將管內物料吹掃至陸域儲罐或船艙 [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，主要用于清除管內積液或分隔介質；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，即使發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，近年在液化碼頭應用較多；碟形皮碗清管器通過能力優于雙向直板清管器，主要用于清除管道內積液、粉塵等污物；雙向直板清管器清除能力優于碟形皮碗清管器，特別是能有效清除管道內懸浮污物，可以雙向運動，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，只能在一條管道內行走，為確保清管球順利通過，不宜設支管，如必須設置支管時，支管的三通應設有防護擋條 [3] 。

當一個碼頭連接多個庫區或多個碼頭服務于一個庫區時，通常需將一條管道與多條管道相連接，如采取常規的焊接連接方式，就形成了一個具有多分支的管道系統。受清管球通過方向性的限制，此種多分支管道只能在其zui長管段間利用清管球進行清空，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非常困難。

2 磁翻板液位計的設計

鑒于多分支管道清管作業困難的情況，磁翻板液位計作為一種新型管道連接設備開始得到應用。磁翻板液位計使原本為多分支的管道系統，變成了只用 1 個彎管接頭連接 2 條管道的系統，它的使用既可實現 4 根管道間互相連通轉換，又可滿足清管球的順利通過，還可避免管道轉換時殘液四處滴濺，其連接方便安全，有利于作業安全、環保 [4] 。

2.1 磁翻板液位計組成及工作原理

磁翻板液位計是由底座和彎管接頭組成。底座由對焊法蘭、無縫鋼管、管道間水平支撐結構、垂直支撐結構、底板、圍埝結構、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 根無縫鋼管穿過開洞后與底板焊接，在無縫鋼管的頂端焊接對焊法蘭，無縫鋼管的另一端連接需要轉換的管道，在底板四周焊接圍埝結構，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構和管道間水平支撐結構；彎管接頭由對焊法蘭、2 個滿足清管球通過的 90°彎頭、直管和吊板組成。

根據清管球通過要求，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、管道間水平支撐結構抵抗管道熱脹冷縮產生的推力，并將需轉換的 4 根管道進行固定，使其法蘭的位置相對固定，確保在連接彎管接頭時方便省力；在底板四周焊接一定高度圍埝結構，使之與底板一起構成一個封閉空間，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滴落的液體。使用彎管接頭連接底座上需要轉換連通的法蘭，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，從而實現管道轉換；因磁翻板液位計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 磁翻板液位計設計要點

磁翻板液位計的設計需要根據工程條件、使用條件合理確定其尺度及荷載，以確保連接安全、可靠。

應根據工程條件首先確定底座上管道的口徑、材質、壁厚、法蘭等級、法蘭系列等；然后根據清管球通過要求、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；再根據碼頭管道布置情況計算出管道間的推力，設計管道間水平支撐結構、垂直支撐結構；zui后設計圍埝結構、接殘液收集管及其法蘭等。

3 工程實例

天津港大港港區（南港）泰奧石化倉儲物流項目碼頭一期工程中的 5 號、6 號泊位上設計了若干磁翻板液位計，以此為例進行說明 [5] 。

3.1 工程概況

5 號、6 號泊位建設規模為 1.0 萬噸級泊位，為 棧 橋 式 兩 側 靠 船 碼 頭 ，設計船型為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，總運量為 140 萬 t/a，并在棧橋前端預留 2 個 5.0 萬噸級液體化工碼頭和 2個 10.0 萬噸級油品碼頭。業主要求工藝系統適應性好、專管專用、工藝管道要通球、近期與遠期相結合等。

3.2 工藝設計方案

為了工藝系統適應性好，增加其靈活性，5號、6 號泊位均設 4 根 DN350 成品油管道，15 根DN200 化工品管道，并預留 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，減少管道數量的同時又不影響工藝系統的靈活性；裝卸設備選用軟管；收發球設備選用清管閥；成品油管采用管道zui遠端安裝清管閥清管的方案，化工品管道采用設置磁翻板液位計對各管進行轉接后清管的方案、并在各管端頭安裝清管閥。

磁翻板液位計的使用實現了多管道間連通、轉換，可確保清管作業順利完成，還可實現 5 號、

6 號泊位間“船－船直取”作業。

化工品裝卸船流程：庫區儲罐→裝船泵→棧橋工藝干管→磁翻板液位計→5 號（或 6 號）泊位管道→軟管→船艙；船艙→船泵→軟管→5 號（或 6 號）泊位管道→磁翻板液位計→棧橋工藝干管→庫區儲罐。

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

化工品清管流程：利用氮氣推動清管球清管，清管球行程為：5 號（或 6 號）泊位清管閥→5 號（或 6 號）泊位管道→磁翻板液位計→棧橋工藝干管→庫區管道→庫區收發球設施。

3.3 磁翻板液位計設計

1） 根據碼頭管道設計情況，確定轉換器中選用 SH/T 3406—1996《石油化工鋼制管法蘭》中DN200、PN2.0 鋼制對焊突面法蘭。

2） 根據清球通過要求，確定彎管接頭中選用3D 半徑的 90°彎頭，根據彎管接頭尺寸、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，根據管道間距離設計 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） 根據軟管架、工藝管廊布置等情況確定將裝卸區內的管廊增加 1 層用于集中安裝磁翻板液位計。為了管道連接方便，將化工品管道安裝在棧橋管廊頂層；為了吊運彎管接頭方便，在軟管架間設 1 臺電動防爆單梁起重機。現場實景如圖 3 所示。

4） 根據碼頭管道間推力情況，設計管道間水平、垂直支撐結構，設計圍埝結構、殘液收集管及其法蘭等。

用彎管接頭連接底座上需轉換的 2 個法蘭，在法蘭間加裝墊片后，利用螺栓、螺母等將其固定，實現管道轉換。

3.4 磁翻板液位計與清管分配閥對比

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

從投資、運營的可靠性和流程的靈活性等方面分析，磁翻板液位計優于清管分配閥。

4 結語

磁翻板液位計是一種新型管道轉換連接設備，其連接安全、操作方便，可有效收集管道轉換時的殘液，避免了轉換時管內殘液四處滴濺而帶來的安全隱患及環保問題，有利于作業安全及環境保護，解決了液體化工碼頭中多分支管道清管作業困難的問題。本文介紹了磁翻板液位計的設計情況，可為同類工程設計提供參考。