浅析:
针对目前磁浮子液位计在低温液体环境应用中存在的液位计在某些部位出现冷凝冰块, 降低仪器测量精度、影响其使用寿命的问题, 根据真空保温原理, 对液位计的结构进行改进, 在测量筒和上下平衡管增加真空保温层, 防止出现冷凝冰块, 保证了在深冷环境下磁浮子液位计的正常使用和显示, 提高了仪器的性能
目前, 低温液体液位的测量方法有很多种, 各有其优缺点 。其中由于磁浮子液位计结构密封性可靠, 观察清晰明了, 已在部分市场上得到了应用[ 1]。但在低温液体所要求的工况下, 这些仪表还有待进一步的完善 。
1 普通磁性浮子液位计结构特点
1.1 工作原理及用途[ 2]
磁浮色标式液位计是以磁性浮子为感应元件, 并通过磁性浮子与显示色条中磁性体的耦合作用, 反映被测液位或界面的测量仪表。磁性浮子液位计和被测容器形成连通器, 保证被测量容器与测量管体间的液位相等。当液位计测量管中的浮子随被测液位变化时, 浮子中的磁性体与显示条上显示色标中的磁性体作用, 使其翻转, 红色(或者绿色 )表示有液, 白色 (或者红色 )表示无液, 以达到准确显示液位的目的 。
就地显示磁性浮子液位计具有显示直观醒目 、无需电源 、安装方便可靠 、维护量小、维修费用低的优点, 是玻璃管、玻璃板液位计的升级换代产品, 可广泛应用于石油 、化工 、电站、制药、冶金 、船舶工业 、水 /污水处理等行业的罐 、槽 、箱等容器的液位观察监测。
根据工程实际需要, 配合远方传输设施, 磁性浮子液位计不仅可以就地显示液位, 也可在主控室通过计算机或者数字显示仪表来实现远程观测。根据工业过程控制的需要, 对液位报警或进行控制。
1.2 结构
图 1为普通磁性浮子液位计结构示意。与液体容器连通的一个测量筒, 置于测量筒中的磁浮子, 以及固定在测量筒外由多个翻板或翻柱组成的液位显示器。其中, 翻板或翻柱上安装有磁性材料, 磁浮子在测量筒中随液位的高低上下浮动,与磁浮子位于相同高度的翻板或翻柱由于两个
元件上磁性材料的作用而发生翻转。翻板或翻柱上涂有两种视觉区分较大的颜色, 观看液位显示器中翻板或翻柱的颜色分界线就可知容器中液位的情况 。测量筒垂直方向的上下两端安装有阀门, 其中上阀门用于平衡气压, 下阀门用于放走残留液体 。
1.3 磁性浮子液位计在低温液体环境使用中的问题
当此液位计用于部分特殊用途时, 上述结构将出现问题 。例如当容器中储装的是被压缩和液化了的气体或其它低温液体时, 由于容器内液体温度非常低, 导致液位计的测量筒与低温压力容器连接的上下平衡连通管的温度也非常之低。在此情况下, 测量筒中的低温液体将使外部的空气冷凝, 致使测量筒的外部极易凝结大量的冰块, 尤其严重的是液位计上的显示器也会结冰, 而这些冰体卡涩了显示器翻板, 使其无法正常显示其应有的色标, 失去了液位计应有的功能 。
2 改进磁性浮子液位计的结构
2.1 真空保温原理[ 3]
根据温度传播的 3种途径:传导 、对流 、辐射。基于杜瓦原理, 在两个温度不等的环境中间用一真空层来隔离将阻断上述温度传播, 使得各自的温度对另一个环境温度不发生影响。传导和对流均需要传热介质。由于真空中无介质 (工程上不可能*真空 )阻止了传导和对流的发生, 因此可保温或者保冷 (但仍有辐射传热, 如真空的暖瓶内壁涂水银就是为了阻止辐射传热 ) 。基于此物理概念, 技术人员改进了液位计的结构 。
2.2 改进的 CSY双层保冷磁性浮子液位计[4]
在原有的液位计结构基础上, 在测量筒外增加一真空保温层 。由于测量筒中的液体跟容器中的液体是相同的, 故测量筒外的真空保温层阻隔了测量筒内的低温液体与外界空气的温度影响。实践证明, 此项改进确实起到了良好的隔温作用。但此结构在实际装置运行中, 平衡连通管周围会凝结出大量冰块。通过分析, 由于测量筒与容器间是通过上下两根平衡管相连接的, 在液位计可正常指示时, 下平衡管中始终充满低温液体 。因在测量筒外增加的真空保温层不能阻隔平衡管与外界的直接接触, 故在平衡管四周还是会出现大量的冰块 。
基于上述情况, 再次改进了结构 —即在平衡连通管外也增加一真空保温层 。具体实施方案见图 2。
在原有的液位计管体结构上在测量筒外增加一个外管, 同时在平衡管外制作一个外管 。将外管 1和外管 6分别与测量筒 2和平衡管 7中间的空间抽成真空作为真空保温层 8。上排污阀用于排出残留气体并平衡气压, 且温度相对较高, 所以所用阀门的手柄较短尺寸也较小 。直接用一个金属导管连接测量筒和上排污阀门, 此处测量筒与外界可通过导管和阀门与外界发生热量的传导,但由于接触面积小, 且导管要经过中间的真空保温层, 所以低温传递不明显, 不会出现上排污阀门处产生冷凝结冰的情况;下排污阀门用于排放残留液体, 所接触液体的温度较低, 所以采用阀门的手柄较长尺寸也较大 。用法兰 3连接下排污阀门4和测量筒, 由于法兰与测量筒的低温液体接触面积比较大, 热量的传导将很多, 且法兰与金属筒体相连接, 连接的密封可靠性不能保证, 长期使用液体可能从法兰的连接处渗出, 所以在法兰的连接处和测量筒的底部加装了一个 “T”形的聚四氟乙烯材料的密封垫 5, 避免了低温液体与法兰的直接接触, 并且防止了液体的渗出 。
3 使用效果
图 3、图 4为未全部保冷和全面真空保冷液位计使用效果 。
从图 3和图 4可见, 平衡连通管无真空保温层的液位计, 有冷凝冰块出现。加了之后, 冷凝冰块全部消失 。
4 实际使用情况
上海赛科石油化工有限责任公司 (以下简称赛科 )乙烯装置共有约 30台低温磁性浮子液位计, *低设计温度达 -171 ℃。原先采用的是普通结构的浮色标液位计, 在投用过程中发现, 虽然液位计的平衡连通管、测量筒处有冷保温层, 但外部显示器、磁性色标板 、标尺处还结有厚厚的冰块,无法辨认出测量筒内浮子的真实位置。
从 2019年9月始, 赛科逐步将普通磁性浮子液位计更换为真空双层保冷的 CSY磁性浮子液位计, 所视部位无任何结冰迹象, 并无需冷保温, 实际液位指示准确、清晰, 反应灵敏, 使用寿命长, 无需维护。
在 2019年12月赛科乙烯装置改扩建项目中,新增了 19台低温 CSY磁性浮子液位计, 实际使用情况良好 。
5 结语
采用真空保温层对低温液位计测量筒和上下平衡管进行保温, 可有效地消除液位计结冰现象。低温液体液位测量的方法多种多样, 但在实际应用中应根据容器内的介质、工作压力和温度,结合实际情况合理选择液位测量方法或组合, 以达到既安全又经济的目的。
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