摘要：以３＃高炉膨胀罐液位为例，介绍了高炉膨胀罐液位的测量原理及改进方法。通过与以往测量方式进行比较和分析，提出切实可行的改进方案。通过这种简单易操作的改进，有效地降低设备故障率。通过此方案的实施，在维持该设备检测系统稳定运行的同时，保证测量数据的准确性，从而达到确保髙炉稳定生产的目的。

 

    前言

    液位测量是工业企业生产中zui常用的测量参数之一，主要是为了掌握常压或带压容器内液位、界面的数值。在液位的测量设备中，有很多种类型的仪表，这些仪表看似简单，但在使用中却经常出现很多问题，分析原因既有选型不当、安装问题，也有没有解决好产品的现场应用问题。只有深人了解现场工艺各方面情况，做到有针对性合理选型，解决好产品应用问题，才能保证液位测量的准确，从而实现仪表长周期稳定运行，满足生产的需要。高炉膨胀罐不仅仅应用在炼铁高炉给排水系统中，在空调冷冻水的管道中也经常应用。稳压膨压差法胀罐系统是氮气冲压，该系统是给高炉冷却供水用，水循环动力由高压供水泵提供，膨胀罐系统设在水栗前面，也就是水未加压前。它的工作原理很简单，就是保证整个管道中的压力保持在一定的值，不会因管路过长或缺水等原因造成压力大幅度变化。其结构就是由１只内部带弹簧的压力罐和１个泵组成的。罐体内部在弹簧的作用下维持管道内一定的压力，当管道缺水或压力不稳时，将罐内的水迅速补充进去，同时开启水泵补水。当压力超过时，水会被罐体吸收进去，从而稳定管道压力。

 

    １现状分析

    高炉膨胀罐液位测量的系统结构如图１所示。

 

 

 

    高炉系统膨胀罐液位的测量分为现场显示（磁测，原设计采用磁浮子液位计测量。而数据检测传浮子翻板液位计）和检测仪表（隔膜密封式差压变输到计算机内则选用了隔膜密封式差压变送器。在送器）两个部分。为方便岗位操作人员现场巡检观投产使用过程中，故障率很高，特别高炉生产后不久就进人冬季，给维护带来了极大的不便。在高炉系统中，膨胀罐位于炉顶部分，属于关键设备。一方面，它是高炉循环水冷却的一部分，通过它加大压力，达到有效循环冷却的作用；另一方面，膨胀罐内部充氮气，在水的循环冷却过程中，起到抗腐蚀氧化的作用。其液位测量联锁后通过网线传至动力水泵房，自动控制补水泵的启停，实现补水。一般膨胀罐水位控制要求不低于１．２ｍ，以确保高炉冷却壁、热风阀等工艺重要设备的冷却需要。

 

    ２故障原因分析

    ２．１液位计存在缺陷

    原设计使用隔膜式远传差压液位计。它的测量原理也是取正负差压（即），集成型系统。由于油罐往往是圆柱形，其截面圆的面积Ｓ是不变的。那么，重量Ｓ不变，Ｇ与ＡＰ成正比关系。即只要准确地检测出ＡＰ值，与高度Ａｈ成反比，在温度变化时，虽然油品体积膨胀或缩小，实际液位升高或降低，所检测到的压力始终是保持不变的。

 

    Ｇ＝ＡＰ.Ｓ＝ｐｇＡｈ.Ｓ

 

    在使用中发现，气温达到－ｚｏｔ时，数据传输反应迟钝，误差就会增大。究其原因，此测量仪器是远传式，内部传递液怕脏、怕冻。北方的天气环境决定了其测量效果。在冬季寒冷时，测量就会不准确。此外，在处理故障、拆卸膜盒时，很容易磕碰到膜盒，对测量精度影响更严重，从而无法满总高炉工艺要求，精准测量。

 

    磁浮子液位计是以浮子内磁钢驱动双色薄片的翻转来指示液位的１种新型仪表。主体内磁浮子随液位的升降而上下运动，同时驱使主体外指示器内的双色薄片翻转，有液位时转示红色、无液位时转示黑色。红色和黑色色带间的界线即代表液位高度。在指示器左侧配有醒目的刻度标尺，从而使液位的指示显得更加清晰。

 

    磁翻板zui大的缺点就是怕脏、怕冻。而高炉膨胀罐中的循环水不是洁净水，北方的天气到了冬季又会很冷。此种设备在使用中弊端极大，具体表现为以下三点：

 

    （１）磁浮子液位计因脏堵塞后，必须拆下修理。因液位计体积较大，维修十分不便。

 

    （２）因测量水液位，无电伴热，冬季发生冻堵，引发故障，投产后期整改过。

 

    （３）现磁浮子液位计已损坏，无法使用。

 

    ２．２取压位置存在缺陷

    基于原设计采用的磁翻板液位计和隔膜式远传式差压液位计存在的缺陷，采用了压差法测量。zui初安装位置如图１所示。图１中的ＰＴ－０１，此处并非连通器，内部存水影响测量精度。ＰＴ－０２处安装的变送器，实际使用中发现，变送器极易堵塞，后改到左侧磁翻板处，并增加三通，可排污，因其距离膨胀罐底部有ｌｍ，零点需负迁移。

 

    ３整改方案

    ３．１改变测量方法

    仪表选型：使用智能压力变送器，新型号为ＥＪＡ５３０Ａ－ＥＢＳ４－０２ＥＥ／ＮＦ１。２台仪表线路及模板接线利用原有线路实施，将原膨胀罐压力取消，因原测点不合理，取在罐中部，不能反映真实罐压。

 

    改进原理是使用智能压力变送器方案进行改动。方法是在膨胀罐上下部分别安装２台智能压力变送器，分别测得各自压力值。其中下部压力为：

 

    Ｐ下＝Ｐ水＋Ｐ气

 

    依据理论：Ｐ＝ｐｇｈ

 

    式中，ｈ为液体高度；ｐ为液体密度，水密度是ｌｘｌ０３ｋｇ／ｍ３（正常工作时，灌内水的温度在４０Ｔ左右，经查证，此时水的密度为０．９９２ｘｌ０３ｋｇ／ｍ３）；ｇ为重力加速度，为常量９．８Ｎ／Ｋｇ。

 

    Ｐ液＝Ｐ下－Ｐ气

    由于ｌｍ水柱为ｌＯｋｐａ，测得Ｐ

 

    液后得到Ｌ米（液位）。

 

    仪表测量量程的确定：根据工艺要求，Ｎ２冲压为６０￣７０ｋＰａ。在变送器测量过程中，其数值在量程的１／３￣２／３之间，比较精确。此外，罐体高度为６ｍ，漫灌时水压为６０ｋＰａ。从而选取压力变送器的量程范围为１５０ｋＰａ，即髙炉两台压力变送器量程确定为：上部压力量程为０￣１５０ｋＰａ，下部零点负迁移后量程为：－１０￣１４０ｋＰａ；对应液位量程：０￣６ｍ。

 

    液位计使用示例如图２所示。

 

    ３．２修改计算机程序

    软件画面增加１点压力显示，即罐下部压力，满足岗位需要，液位用原显示画面。

 

    ＰＬＣ软件修改功能模块，做减法运算后，输出端给控制开出信号端，实现测量控制；设定补水控制点（定值）均不改变。

 

 

 

    ４  测量方式改进后的效果

    结合现场工艺需求和现场仪表维护使用经验，经高炉本和自动化维护两家单位共同商议，确定实施此改进测量方案。从确保满足高炉冷却壁、热风阀等工艺重要设备的冷却需要出发，以稳定设备长周期运行为基础，进而达到稳定生产的目的。

 

    （１）改进后的膨胀管液位测量系统解决了因选型不当造成的设备不适用问题，杜绝了因季节天气等外界因素而造成的冻堵隐患，大大提升了系统设备的运行稳定性，保证了测量数据的准确可靠。

 

    （２）从维护作业角度考虑，实现了维护简单，尽可能减少仪表故障的发生，缩短故障处理时间，降低维护量，使用运行效果良好。