无盲肠磁性液位计在球罐区的设计与应用

摘 要：磁浮子液位计是根据浮力和磁性耦合原理设计的一种现场显示仪表。目前国内外普遍使用的磁浮子液位计，其下端浮子腔为一盲肠结构。设备盲肠在石油石化系统是一大安全隐患，介质腐蚀物的积聚对该处焊缝产生应力，腐蚀开裂；介质中的水分在该处沉降，冬季有产生冻凝的风险，这些隐患时刻威胁着企业的安全。本文提出了一种新型结构设计方法，它采用了独特的无盲肠结构设计，可以zui大限度地减少浮球室内积水，以防止浮球被浮球室内的积水冻住，具有结构简捷、使用安全可靠的优点。彻底克服了老式磁浮子液位计的一些缺点，特别适用于炼油、化工厂球罐装置上的液位测量。

        磁浮子液位计是根据浮力和磁性耦合原理设计的一种现场显示仪表，它具有结构简单，读数直观、观测无盲区、安装使用维修方便，且液位指示器与测量介质完全隔离等优点，被广泛地应用在石油、化工、电力、冶金、医药等行业的液位测量中。但对于在环境温度很低的炼油厂液化汽球罐区，目前国内外普遍使用的磁浮子液位计，存在很多安全问题，特别是低温冻结浮球导致无法显示液位的问题，本文提出了一种新型结构设计方法，zui新研发生产的转力产品“无盲肠磁性液位计”，彻底克服了老式磁浮子液位计的一些缺点。其下法兰旁管采用了独特的无盲肠结构设计，可以zui大限度地减少浮球室内积水，以防止浮球被浮球室内的积水冻住，具有结构简捷，使用安全可靠的优点。特别适用于炼油、化工厂球罐装置上液位的测量。

1、结构原理与工作方式
        磁浮子液位计主要由主导管、液位指示器、磁浮球、排污阀等部件组成。该系列液位计是根据液体对磁性浮子产生浮力及磁性耦合的原理设计和制造的。磁性浮子置于不导磁的主导管内，通过主导管内介质的浮力作用，使浮子随着液位上下移动，从而带动主导管外的液位指示器作同步升降来显示液体的位置。该系列产品除了配上指示标尺作就地指示外，还可以配备报警开关和信号远传装置，前者作高低报警用，后者可将液位转换成4 ～ 20mA 的直流信号送到接收仪表，并有隔爆和本安2 种结构供选择。

2 现状分析及存在的问题
作为一种广泛应用于石油化工等行业的承压储存设备，球罐具有应力分布均匀、同体积下使用材料zui少、占地面积小、规格从50m3 ～ 10 万m3 应有尽有等优点[2]，因而在球罐上的液位测量显得日益重要。近年来，液化气球罐和其他压力储罐的就地液位测量，在油气储运部门是个棘手的问题，多数还是一直沿用玻璃板液位计人工观测。这种方法缺点较多:
①如玻璃板液位计本身的质量不高，包括阀门、管接头等，常会发生泄漏；
②在液化气输送中因管道和罐体被硫化物腐蚀， 生成的杂质常堵塞玻璃板液位计；
③ 测量结果误差较大。现在正逐渐选用基于磁耦合原理设计的磁翻板液位计代替玻璃板液位计，此液位计是基于阿基米德定理，磁性浮子在液体中产生浮力，根据磁铁同性相斥，异性相吸的性质制成。但传统的磁翻板液位计也存在一些弊端，如其下端浮子腔为盲肠结构，设备盲肠在石油石化系统是1 个大的安全隐患，介质腐蚀物的积聚对该处焊缝产生应力腐蚀开裂，介质中的水分在该处沉降，冬季有产生冻凝的风险，这些隐患时刻威胁着企业的安全。

3 方案设计介绍
        无盲肠磁性液位计是zui新研发的一种新型磁性液位仪表，如图1 所示。它采用独特的结构设计，并充分利用了防冻磁性液位计和磁性真空液位计2 个转力产品的优点，彻底克服了老式磁性液位计的一些缺点，特别适用于炼油、化工厂球罐装置上液位的测量。该产品已取得了实用新型转力，转力号：201520396680.3；其浮子腔的设计，消除了盲肠结构带来的应力腐蚀、结垢、冻凝问题。本实用新型技术方案所能达到的有益效果是：由于液相连接管与排污管的底侧部相连通，贮存罐处在低温环境下也无需外部加热，当贮存罐内液体介质的液位低于主导管的液相连接孔时，液体介质可全部回流至贮存罐内，不会滞留在主导管内，也就不会出现液体介质结冰凝固浮球而无法显示液位的现象，保证了磁性液位计在低温环境下仍能正常使用。
        顶端浮子腔的设计、浮子上浮的气阻尺寸均经过计算和试验，测量精准达到100% 准确，如图2 所示。下连通管与容器接管为同一平面，介质不会产生沉积物，避免普通液位计经常清洗易燃易爆介质带来的作业风险。
        防冻磁性液位计其原理为真空隔温结构，夏季防晒，冬季防冻，主体管采用厚壁设计，保证内外压差的强度和稳定性。对冬季无热源伴热或伴热温度对介质产生汽化的场合特别适用。防冻磁性液位计，包括有主导管、磁浮球、法兰盘和排污阀磁浮球位于主导管内，主导管的壁壳由内外双层壁壳体构成，在该内外双层壁壳体之间形成密闭的腔室；主导管上开设有汽相连接孔和液相连接孔，该汽相连接孔和液相连接孔将主导管的内部与外部相连通；主导管上还设置有抽负压管，该抽负压管与密闭的腔室相连通，密闭的腔室由环绕的侧壁腔室和与其相连通的底部腔室构成。

        磁性真空液位计，主要包括主导管、液位显示器和磁浮球。主导管壁壳由双层壳体构成，在该双层壳体之间形成密闭的腔室，主导管上开设有汽相连接孔和液相连接孔，该汽相连接孔和液相连接孔将主导管的内部与外部相连通。本实用新型技术采用上述解决方案所能达到的有益效果是：结构简单，将主导管的壁壳制作成其间设有腔室的双层壳体，再将该腔室抽成真空，如图3 所示。这样就可以通过该真空的腔室将主导管外的环境温度隔绝在主导管外，使得主导管内的液体在低温环境下无需通过外部加热来防止其凝固，在高温环境下某些液体介质也不会产生影响。

4 无盲肠磁性液位计的优点分析
1) 产品外型美观、结构设计简捷、精致合理。
2) 主导管内上下都装有保护弹簧，可防止浮球撞坏。
3) 下法兰旁管采用独特的无盲肠结构设计，可以zui大限度地减少浮球室内积水，以防止浮球被浮球室内的积水冻住。
4) 主导管采用独特的抽真空技术，达到绝热保温的作用，特别适用于低温工况下使用。
5) 采用稀土材料特制的磁钢，磁力强且不易退磁。
6) 独特的结构设计可以使主导管内的沉积物直接通过下连接法兰进入罐内，不用清洗。
7) 顶端浮子腔的设计，浮子上浮的气阻尺寸均经过计算和试验，测量精准达到100% 准确。
5 应用效果及前景
        该产品经过了近一年的试用，各种性能指标完全达到了预期的设计目标，并在大连石化公司油品车间等场所投入使用，效果良好。不仅使产品质量和合格率得到了提升，而且大大提高了设备运行的安全性，同时也降低了工人的劳动强度。目前已在全国多个炼油厂油品车间进行推广应用，成效显著。