吹氣式液位計(jì)可對(duì)敞口或密閉容器內(nèi)的液體進(jìn)行測(cè)量。除吹氣管與被測(cè)介質(zhì)接觸外，吹氣裝置主要設(shè)備和液位變送器的測(cè)量元件均不與被測(cè)介質(zhì)接觸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，從而保護(hù)了測(cè)量元件，減少了儀表的維護(hù)量，增加了測(cè)量的可靠性。吹氣式液位計(jì)除了能測(cè)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(cè)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(guò)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(lèi)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(cè)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(lèi)液位計(jì)在惡劣環(huán)境影響下經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)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(cè)量失靈，也給儀表維修人員帶來(lái)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(cè)量，是基于所測(cè)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(cè)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?。通過(guò)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(cè)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(lái)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(cè)器探頭出現(xiàn)污泥堵塞造成檢測(cè)元件檢測(cè)誤差大，密封處滲漏或接液的探測(cè)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(xiàn)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(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)在修復(fù)過(guò)程中這種液位計(jì)的壓力傳感器部件和所測(cè)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(cè)量方法來(lái)替代原有的測(cè)量方式。

2、常見(jiàn)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(jiǎn)單，安裝方便，維修簡(jiǎn)單，耐腐蝕。適用污水處理及各類(lèi)敞口或帶壓容器內(nèi)介質(zhì)液位的測(cè)量，對(duì)于地下水池和水箱的液位測(cè)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(duì)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(wú)機(jī)械可動(dòng)部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠；精確度高；檢測(cè)端消耗電能小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)。
缺點(diǎn)：傳感器密封易滲漏，被測(cè)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(cè)量無(wú)機(jī)械磨損，工作可靠，質(zhì)量穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)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(mǎn)水才能準(zhǔn)確投用。
 
④伺服液位計(jì)
優(yōu)點(diǎn)：不僅可以測(cè)量介質(zhì)液位，同時(shí)還具有密度測(cè)量功能、油水界面測(cè)量功能、介質(zhì)的平均密度和密度分布測(cè)量功能。
缺點(diǎn)：當(dāng)測(cè)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(cè)量上會(huì)存在較大的測(cè)量誤差，不太適合應(yīng)用在此類(lèi)介質(zhì)的液位測(cè)量上。

⑤吹氣式液位計(jì)
優(yōu)點(diǎn)：吹氣裝置組成的液位測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有可動(dòng)部件，除吹氣管外，其他測(cè)量元件不與被測(cè)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(cè)液體的雜質(zhì)多，長(zhǎng)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(cè)量液位準(zhǔn)確，液位狀態(tài)顯示穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)方便。吹氣式液位計(jì)是非接觸式液位測(cè)量?jī)x表，可對(duì)敞口或密閉容器內(nèi)的液體進(jìn)行測(cè)量。除吹氣管與被測(cè)介質(zhì)接觸外，變送器測(cè)量元件均不與被測(cè)介質(zhì)接觸，從而保護(hù)了測(cè)量元件，減少了儀表的維護(hù)量，增加了測(cè)量的可靠性。具體測(cè)量是將一根吹氣管插入接近容器的底面，即被測(cè)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(cè)量管液柱高度的靜壓力時(shí)，此時(shí)測(cè)得的壓力指即為液面高度。當(dāng)被測(cè)對(duì)象對(duì)測(cè)量精度要求不高時(shí)這種液位測(cè)量非常簡(jiǎn)便適用。具體過(guò)程是儀表氣源經(jīng)過(guò)過(guò)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(guò)儀表針形氣閥節(jié)流恒流送入測(cè)量緩沖罐后再通過(guò)測(cè)量管吹入水池中，緩沖罐的作用是保證吹入測(cè)量管的氣流穩(wěn)定均勻，當(dāng)吹入測(cè)量管的壓力近似等于液位的高度時(shí)，儀表測(cè)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(guò)過(guò)濾器減壓閥過(guò)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(cè)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(cè)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(méi)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(shì)
①吹氣式液位計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shì)。
②采用吹氣管與被測(cè)介質(zhì)接觸避免了檢測(cè)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(guò)調(diào)整液位計(jì)供氣壓力，將堵塞物通過(guò)氣源壓力吹通即可。
③選用吹氣式液位計(jì)可以將檢測(cè)元件從具有腐蝕性介質(zhì)中轉(zhuǎn)移出來(lái)，對(duì)檢測(cè)設(shè)備有良好的保護(hù)作用，由于壓力檢測(cè)元件從污水池中移至頂部，對(duì)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(chǎng)實(shí)地考察后選用昌暉儀表吹氣式液位計(jì)測(cè)量污水池液位。吹氣式液位計(jì)測(cè)量原件不接觸液體，使儀表無(wú)故障工作時(shí)間極大延長(zhǎng)，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(guò)濾減壓閥在現(xiàn)場(chǎng)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(lái)減少浪費(fèi)，同時(shí)增加了測(cè)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(cè)量干擾。

6、結(jié)束語(yǔ)
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(lái)測(cè)量污水池液位，防止傳感器和線(xiàn)纜接液，極大的延長(zhǎng)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(cè)量的準(zhǔn)確性、安全性、穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了儀表的無(wú)故障工作周期。

作者：李磊

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