利用磁性浮子液位计控制液氨储罐液位控制方法分析

摘要：液氨是一种重要的化工原料，具有很大的危害性，必须对液氨储罐的液位进行控制。磁翻板液位计结构简单、观察直观，广泛应用于石油、化工、造纸等领域，其远程传输的控制可以采用电阻传感器法和差压变送器法两种方法。文中对这两种方法进行分析，并介绍了应用实例，对选择和应用液氨储罐液位控制方法提供参考。

引言
        液氨是一种无色透明流动液体，易燃、有毒、有强烈刺激性气味，对人体具有较大危害。与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。液氨的密度随着温度的升高而下降，液氨若遇热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。因此对液氨储罐液位的监控非常重要。低浓度氨对粘膜有刺激作用，高浓度氨可造成组织溶解坏死。

1液氨的特性
        液氨是重要的化工原料，广泛应用于石油、化工、造纸等领域。为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨，储存于耐压钢瓶或储罐中。罐装运输用钢瓶或槽车以及储存用的储罐等应符合《气瓶安全监察规程》、《固定式压力容器安全技术监察规程》等有关规定。允许重量充装系数为0．52kg／L。由于液氨具有腐蚀性且容易挥发，化学事故发生率很高，因此液氨钢瓶应存放于库房或有棚的平台上。露天堆放时，应以帐篷遮盖，防止日光直射。储罐中的液氨液位应进行严格监控。

2液氨储罐的液位控制
2．1控制方法
         磁翻板液位计是根据磁极耦合原理、阿基米德(浮力定律)等原理，结合机械传动的特性而开发研制的一种专门用于液位测量的装置。该装置具有结构简单，观察直观、清晰，不堵塞、不渗漏，安装方便，维修简单等特点，目前广泛应用于石油、化工、造纸、污水处理等工业领域。
        为了实现远程监控，根据相关标准及要求增加液位变送装置，以输出多种电信号，达到远程测量和监控的目的。其中，4～20 mA电流信号是比较常用的一种。在现场监测液位的同时，将液位的变化通过变送器、传感器、线缆及仪表传到控制室，实现远程监测和控制。
          电阻传感器和差压变送器是目前液位测量和控制的常用装置。由于这两种装置原理不同，因此要根据所测介质的性质以及所处的环境而选择正确的测量和监控方法，才能达到测量和监控的目的。
2．2远传磁翻板液位计结构及原理
          磁翻板液位计是根据浮力原理和磁性耦合作用而实现液位测量及现场显示的仪器。当被测容器中的液位升降时，液位计测量管中的磁性浮子也随之升降。磁性浮子根据检测介质的设定密度制造(如图1所示)。浮子的磁位置面与介质液面始终平齐。浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递信号到现场指示器，驱动红、白翻柱翻转180。，当液位上升时，翻柱由白色转为红色，当液位下降时，翻柱由红色转为白色，指示器的红、白界位处为容器内介质液位的实际高度，从而实现液位的现场指示。
2．2．1 采用电阻传感器(电阻式)进行远程液位控制
          由电阻传感器(如图2所示)和R／I转换模块及防护罩等组成电阻、干簧管变送器，将三畅磁翻板液位计与液位远传装置以捆绑的形式固定组合构成了远传磁翻板液位计(如图3所示)。该变送器的电阻传感器以捆绑的形式固定在三畅磁翻板液位计的主导管外侧，使其处于液位计同一磁耦合系统中。远传磁翻板液位计的磁性浮子随液位上下移动时，对应液位位置的干簧管受浮子内磁场的作用吸合，电阻链阻值发生变化，通过转换模块将变化的电阻信号转换成二线制4～20 mA DC标准信号输出，该信号可方便地与数显表配套使用，从而达到显示、控制、调节和报警的目的。

2．2．2采用差压变送器(差压式)进行远程液位控制
          差压变送器的测量部分常采用差动电容结构(如图4所示)。
          将磁翻板液位计与差压变送器、固定板、正负压连接管等组合构成了远传磁翻板液位计，固定板与主导管下端固定。正压连接管分别与三畅磁翻板液位计下法兰连接管和差压变送器正压口连接，负压连接管分别与磁翻板液位计上法兰连接管和差压变送器负压口连接(如图5所示)。根据液体静压与高度成正比的原理，通过敏感元件的压阻效应将静压转换成电信号，经过温度补偿和线性校正，转换成4～20 mA DC标准电流信号输出，达到显示、控制、调节和报警的目的。

3两种液氨储罐液位控制方法分析
3．1 电阻式控制和差压式控制共同点
          就地显示无须电源，显示部分和介质完全隔离，不会因介质污染显示条而使观测受到影响，根据用户需要调节开关点位置，安装方便。液位变送器二线制4～20 mA DC标准信号输出，可实现远距离监测或控制。维护量小，维修费用低。对高温和高压测量比较适用，特别是三畅磁翻板液位计可用于各种塔、罐、槽、球形容器和锅炉等设备的介质液位检测。可以做到高密封、零泄漏和适应高温、腐蚀性条件下的液位测量，安全可靠，全过程测量无盲区，读数直观，且测量范围大。特别是现场指示部分，由于不与液体介质直接接触，所以对高温、有毒、有害、强腐蚀性介质，具有优越性。

3．2 电阻式控制和差压式控制区别
3．2．1 电阻式控制
          磁性浮子随液位上下移动，现场是通过磁耦合翻柱翻转，远传信号是通过干簧管吸合，改变电阻链阻值。对应液位位置分别传递现场指示信号、远传信号。如果容器介质密度相对设定密度增大时，实际液面低于现场指示液面和远传信号液面(指示液面和远传信号液面等高同步)。介质密度减小时，实际液面高于现场指示液面和远传信号液面(指示液面和远传信号液面等高同步)。密度差值一定时，指示、远传误差是定值，与液面高低无关。
3．2．2差压式控制
          远传信号是通过容器内介质液体底部压力与介质液面压力的差值确定的(密度的设定值与浮子相同)。如果容器介质密度相对设定密度增大时，实际液面低于远传信号液面(指示液面和远传信号液面不等高)。介质密度减小时，实际液面高于远传信号液面(指示液面和远传信号液面不等高)。密度差值一定时，远传信号误差不是定值。差值随液面由低至高成比例扩大。如果磁性浮子发生故障(浮子卡住、损坏)，现场指示失灵、远传信号还可以使用。压差变送器失灵，现场指示还可以使用，不影响监控，起到了双维监控作用。

3．3应用实例
         某液氨储罐的实际使用温度范围在-50～20℃之间，其内部液氨密度的变化为702.15～610.28 kg／m3，测量高度3 000 mm。设定基准密度为652.02 kg／m3(一10℃时)，磁性浮子总长360mm，磁钢位置310mm。储罐内装入密度为702．15 kg／m3的液氨，实际液面在2000 mm处，现场指示2020 mm，电阻式信号为2020mm，压差式信号为2154 mm。实际液面在500 mm，现场指示520 mm，电阻式信号为520 mm，压差式信号为538 mm：试验结果见表1。

         从表1中可以看出，差压式控制对液氨储罐液位的显示与现场的三畅磁翻板液位计的显示数据有一定的偏差，这种偏差主要是由于温度的变化引起液氨密度的变化，致使液位的变化而引起的。
         差压变送器所测量的结果是压力差，由于储油罐一般是圆柱形，其截面圆的面积S是不变的，所以卸与高度Ah成正比。在温度变化时，液氨的密度随之变化，液氨体积膨胀或缩小，所以实际液位升高或降低。如果需要显示实际液位，也可以进一步引入介质温度补偿予以解决。从表1中可以看出，A／B与C比较接近，因此，对于液位的温度补偿可以粗略地采用密度的比值来进行修正：如果想得到精确修正，可以采取密度变化曲线拟合的方式加以解决。
         从表1还可以看出，电阻式控制对液位的显示与现场磁翻板液位计的显示一致，这是因为磁性浮子与传感器电阻同时滑动，变化一致，因此显示也是一致的。从这一点上来说，采用电阻式控制比采用差压式控制所显示的液位要精确得多。但是如果磁性浮子发生故障(浮子卡住、损坏)，现场指示、远传信号同时失灵，影响监控。而差压变送器法则不会出现这种情况，测量时具有对比性，如发现二者读数不同，可以早发现仪表故障及介质密度变化，尽早作出修正。
4结束语
         液氨储罐的液位控制采用了磁翻板液位计现场显示与液位远传装置组合的形式实现。由液位远传装置信号转换成二线制4～20 mA DC标准信号输出，该信号可方便地与数显表配套使用，从而达到显示、控制、调节和报警的目的，增加了液氨储罐液位监控的可靠性。本文介绍的两种控制方法各有利弊，但从安全性考虑，推荐采用磁翻板液位计与差压变送器结合的方法对液氨储罐液位进行监控。