液位計(jì)量?jī)x在選煤廠藥劑罐液位測(cè)量中的研究及應(yīng)用

鄭鋼豐，谷 俊，査佳偉

(安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

在容器中液體介質(zhì)的高低稱(chēng)為液位，液位測(cè)量在工業(yè)生產(chǎn)中非常普遍，應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣。例如：自來(lái)水水位的測(cè)量和控制，油田、煉油廠的油罐和儲(chǔ)油槽油位的測(cè)量，以及選煤廠的藥劑罐液位測(cè)量等。以前普遍使用人工檢尺法進(jìn)行液位測(cè)量，近年隨著技術(shù)的發(fā)展，高精度液位計(jì)已經(jīng)逐步取代人工檢尺法[1]。作為生產(chǎn)監(jiān)控的重要手段，液位測(cè)量技術(shù)對(duì)于保證生產(chǎn)過(guò)程中各種裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常關(guān)鍵。準(zhǔn)確的液位測(cè)量能夠指導(dǎo)生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、降低成本消耗。同時(shí)通過(guò)準(zhǔn)確的液位測(cè)量能及時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各種裝置的液位動(dòng)態(tài)，保證安全生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。液位測(cè)量常用方法有液位計(jì)法、靜壓測(cè)量法、混合測(cè)量法[2]。選煤廠根據(jù)不同的儲(chǔ)存物質(zhì)選擇不同類(lèi)型的罐體，進(jìn)行準(zhǔn)確的液位測(cè)量十分關(guān)鍵[3]。

容器中液位的非接觸、全自動(dòng)的液位測(cè)量方法有著廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)需求。常用的非接觸測(cè)量方法有超聲波、激光測(cè)量等[4]。國(guó)外液位儀朝著機(jī)電一體化發(fā)展，已有超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、激光液位計(jì)的研制[5]。其中超聲波液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)已廣泛運(yùn)用在油品儲(chǔ)罐的液位計(jì)量中[6]。國(guó)內(nèi)陳俊、惠晶研制出一種數(shù)字式高精度液位計(jì)量?jī)x，可對(duì)玻璃試管及透明塑膠管內(nèi)的有色或無(wú)色液體進(jìn)行全自動(dòng)的高精度計(jì)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)玻璃試管等透明器皿內(nèi)液位的精確、快捷、非接觸測(cè)量，可根據(jù)容器的內(nèi)徑和被測(cè)液體的密度換算出液體的容積或質(zhì)量，并且能對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、保存和實(shí)時(shí)顯示[7]。衛(wèi)開(kāi)夏、李斌、朱信誠(chéng)提出了一種采用四電極液位測(cè)量方法，通過(guò)測(cè)量傳感器輸出電壓和輸入的激勵(lì)電壓的比值來(lái)計(jì)算液位高度。對(duì)傳感器液位測(cè)量與被測(cè)液體電導(dǎo)率關(guān)系的理論分析，表明此方法測(cè)量液位與被測(cè)液體電導(dǎo)率不相關(guān)，因而可用于對(duì)電導(dǎo)率變化的液體液位進(jìn)行測(cè)量。將此新型液位測(cè)量方法移植到非滿管電磁流量測(cè)量中，用于對(duì)非滿管液位的測(cè)量，可使得電磁流量傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)非滿管污水流量的測(cè)量[8]。徐鴻、郭鵬、田振華利用Quasi-Scholte模態(tài)和A0模態(tài)導(dǎo)波的傳播特性設(shè)計(jì)液位測(cè)量實(shí)驗(yàn)，采用一激一收壓電傳感器布置方式，頻率130 kHz的2.5周期漢寧窗調(diào)制正弦波作為檢測(cè)信號(hào)，結(jié)果表明液位與導(dǎo)波傳播時(shí)間呈線性關(guān)系，能夠用于容器內(nèi)液位測(cè)量[9]。天津先導(dǎo)技術(shù)開(kāi)發(fā)公司研制的磁耦式雙色顯示液位計(jì)利用不同色帶可明顯顯示液位的高低，已被廣泛運(yùn)用在石油、工業(yè)等領(lǐng)域中[10]。

由于選煤廠的各種藥劑罐體體積較大，高度也較高，難以通過(guò)已有的液位測(cè)量裝置來(lái)判斷藥劑罐體內(nèi)的液位高度，因此如何通過(guò)一種較為經(jīng)濟(jì)、合理而又簡(jiǎn)易的方式，較為直觀準(zhǔn)確地得知各個(gè)密封罐中的液位狀況是一個(gè)亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

1 液位計(jì)量?jī)x的結(jié)構(gòu)

為了密封罐中的液位狀況指示效果較為準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易液位計(jì)量?jī)x，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—刻度尺；2—液位指示部件；3—繩子；4—滑輪；5—開(kāi)孔；6—漂浮物；7—密封罐體；8—液體

本液位計(jì)量?jī)x由刻度尺、液位指示部件、繩子、滑輪、漂浮物等組成。其中，漂浮物為由防腐材料制作的浮標(biāo)球，滑輪懸伸在密封罐體的側(cè)壁外側(cè)；液位指示部件為圓錐狀的鉛垂體。而且密封罐體的側(cè)壁上設(shè)有與液位指示部件相配合的刻度尺，刻度范圍與密封罐體內(nèi)液面的波動(dòng)范圍相對(duì)應(yīng)，且刻度線在刻度尺的刻度范圍內(nèi)均勻分布。

2 工作原理及特點(diǎn)

2.1 工作原理

密封罐體內(nèi)部裝有一定量的液體。密封罐體的上端設(shè)置開(kāi)孔，開(kāi)孔的旁側(cè)安裝一個(gè)固定滑輪，此滑輪懸伸至密封罐體的側(cè)壁外側(cè)，用繩狀物繞過(guò)滑輪上的溝槽而將漂浮物和液位指示部件聯(lián)接在一起。在密封罐體有滑輪一側(cè)的豎直側(cè)壁上裝一個(gè)刻度尺，懸掛在刻度尺一側(cè)的繩狀物依次穿過(guò)固定滑輪和所述開(kāi)孔，繩子的兩端分別連接著液位指示部件(鉛垂體)和漂浮物(浮標(biāo)球)。

刻度尺的刻度根據(jù)密封罐體高度的不同而改變。當(dāng)密封罐體內(nèi)部的液體裝滿時(shí)，浮標(biāo)球漂浮在密封罐體內(nèi)部的最上面，與浮標(biāo)球連在一起的鉛垂體則指示在刻度尺最下端的滿刻度上。假定密封罐的高度為100，則此時(shí)鉛垂體所指示的液位就是100；當(dāng)密封罐體內(nèi)部沒(méi)有液體，即液位為0時(shí)，鉛垂體的位置處在刻度尺最上端0刻度上，此時(shí)鉛垂體所指示的液位就是0?？潭瘸呱系目潭染€在位于滿刻度和0刻度之間的中間部分自上而下均勻分布，這樣密封罐體內(nèi)液位的高度就可以隨時(shí)通過(guò)鉛垂體在刻度尺上所指示的位置而讀出來(lái)。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

該液位計(jì)量?jī)x能確保生產(chǎn)的正常運(yùn)行，主要具有以下特點(diǎn)：

(1)巧妙地運(yùn)用了浮標(biāo)球和鉛垂體的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，通過(guò)浮標(biāo)球和鉛垂體的位置轉(zhuǎn)換使密封罐體內(nèi)的液位較明顯地顯示，有效地節(jié)約了測(cè)量成本，提高了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工作效率。

(2)裝置中設(shè)有與鉛垂體相配合的刻度尺，不僅提高對(duì)密封罐體內(nèi)液位顯示的準(zhǔn)確度，而且使操作人員對(duì)密封罐體內(nèi)的液位狀況更為直觀的認(rèn)識(shí)。

(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，工作可靠，設(shè)備檢修點(diǎn)少，維護(hù)費(fèi)用低；且操作簡(jiǎn)單，液位測(cè)量的效果好。

(4)所占空間小，不會(huì)影響密封罐體內(nèi)的液體儲(chǔ)存。

3 應(yīng)用效果

研制的液位計(jì)量?jī)x是基于選煤廠藥劑罐的液位測(cè)量，淮北選煤廠現(xiàn)場(chǎng)安裝效果如圖2所示。當(dāng)藥劑罐中液位變化時(shí)，浮標(biāo)球與罐底的相對(duì)位置隨之改變，通過(guò)滑輪的作用使鉛垂體的位置發(fā)生變化后，對(duì)照刻度尺的刻度顯示藥劑罐中的液位高度。與選煤廠中原先使用的人工檢尺法相比，大大減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度及人為誤差。人工檢尺法在選煤廠藥劑罐的液位測(cè)量中，由于是人為檢測(cè)，必須將藥劑罐打開(kāi)，罐中液體會(huì)造成一定的環(huán)境污染，而且操作時(shí)的不便會(huì)使誤差增大。在用本裝置對(duì)選煤廠罐中的液位進(jìn)行測(cè)量不需要開(kāi)罐，所得出的結(jié)果與原先人工檢尺法所獲結(jié)果比較，其絕對(duì)誤差值由原來(lái)的±2.5 mm降低到±1 mm，符合JJG1014—1989《罐內(nèi)液體石油產(chǎn)品計(jì)量技術(shù)規(guī)范》,因此可替代人工檢尺法對(duì)選煤廠藥劑罐進(jìn)行液位測(cè)量。該液位計(jì)量?jī)x可在藥劑罐密封的情況下對(duì)罐中液位進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，從而避免環(huán)境污染。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于檢測(cè)結(jié)果直觀了然，相比人工檢尺法具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在選煤廠的實(shí)際使用中效果良好。

圖2 計(jì)量?jī)x現(xiàn)場(chǎng)安裝效果圖

4 結(jié)語(yǔ)

這種液位計(jì)量?jī)x是一種用于選煤廠藥劑罐液位測(cè)量的裝置，要求所述漂浮物為防腐材料制作的浮標(biāo)球，且刻度尺上的刻度范圍與密封罐體內(nèi)液面的波動(dòng)范圍相對(duì)應(yīng)，并且刻度尺上的刻度線在刻度尺的刻度范圍內(nèi)均勻分布?；幢边x煤廠浮選車(chē)間兩個(gè)液位計(jì)量計(jì)的應(yīng)用，能夠直觀快捷地測(cè)出密封罐體內(nèi)的液位，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，能夠很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要。但是此裝置只是進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，并沒(méi)有給出裝置的具體尺寸，其具體尺寸要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝的實(shí)際需要來(lái)確定。

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