磁翻板水位計改進與應用

董文生，周志軍

（東北石油大學 石油工程學院，黑龍江 大慶 163318）

水位計是水利、石油、化工、冶金、電力等領域不可缺少的部件。雖然它的體積相對很小，結構也很簡單，但卻是加熱鍋爐運行重要的安全保障[1-2]。全球每年都有許多工業(yè)鍋爐和熱水鍋爐因水位計的原因發(fā)生爆炸等重大事故。加熱鍋爐保證油庫原油的輸送，水位計保證鍋爐安全，可見水位計的重要性。目前，國內水位計的發(fā)展更新的速度非常緩慢，從1949年以來國內單個機容量已經(jīng)從35 t/h增長到1 000 t/h，水蒸氣的參數(shù)也從中等壓升至到亞臨界。水位計作鍋爐輔助部件之一，大部分的制造廠依然還在使用國外20世紀20-30年代的落伍產(chǎn)品[3]。在20世紀60-80年代期間，高精度測液位計是各國主要研究方向，使用伺服馬達的伺服式液位計，解決了摩擦引起的誤差，靈敏性度、復現(xiàn)性大幅度提高。期間分別研發(fā)出6500 型伺服液位計（美國VARE），811 型伺服動力液位計（荷蘭ENRAF），它們測量準確度高達0.01%。在此之后又研發(fā)出854ATG 多功能伺服液位計、BM-60 儲罐測量系統(tǒng)多功能伺服水位計[4]，它們能一同測量4 種不同介質的各項指標，還有防泄漏、自動報警功能。通過對以上的多種水位計的優(yōu)缺點分析，篩選出適合國內油庫加熱鍋爐所用的磁翻板水位計，但經(jīng)過長期使用發(fā)現(xiàn)了雜質堵塞、拆卸復雜、連通管直徑過細等問題，針對這些問題進行改進設計。

1 鍋爐水位計種類

1.1 帶白云母片玻璃板式水位計

此水位計是國內目前使用最多的一種，結構較為簡單，觀察直接，但缺點很多，例如不能連用調節(jié)設備，傳送水位信號也不可以，必須有員工就地觀察水位情況，消耗人力較多；云母片還得進口，價格昂貴（2 000～3 000 元/kg）；與此同時非常容易漏損，所以它逐漸被淘汰[5]。

1.2 石英玻璃管式水位計

此水位計與上一水位計相比較，本水位計具有以下幾種優(yōu)點；壽命長（4 500～5 300 h）；安全性較高，能觀測水位長（達300 mm）；指示清楚明顯，白天無需光照；有防護裝置，汽水不容易噴出；維修便捷，屬于經(jīng)濟型[6-7]。

1.3 磁翻板水位計

此水位計適用于石油、化工等工業(yè)領域的液位指示，該液位計結構簡單，觀察直觀、清晰，不滲漏，安裝方便，維修簡單。由本體、翻板箱（由紅白雙色磁性小翻板組成）、浮子、法蘭蓋等組成，可用于多種類型容器以及鍋爐等的介質液位檢測[8-9]，根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成，并且指示清晰度較好，不容易破裂，測量無盲區(qū)，顯示度高，測量廣范，還具有優(yōu)秀的可靠性以及耐腐蝕性，適合在油庫加熱鍋爐上使用[10]。

2 磁翻板水位計現(xiàn)存在的問題

2.1 出現(xiàn)雜質堵塞

油田公司主要使用磁翻板水位計，經(jīng)過長期的使用磁翻板水位計出現(xiàn)下列一些問題。油庫使用單臺磁翻板水位計，用兩根直徑16 mm 的連通管將爐與液位計連接，一個磁性浮球在爐內，多個磁極位于球體兩側[11]。其測量的基本原理是爐內的水位波動讓浮球上下運動，由于球的磁力作用使磁極上下翻轉，所表示出不同的顏色的水位。在現(xiàn)場運作中，高溫影響鍋爐本身的材質，有金屬氧化物雜質生成，鍋爐內水質受污染，導致水位計磁性浮球卡住，不能上下浮動，以及水位計與爐體連通管堵塞，系統(tǒng)正常運行不了，導致無法觀察真實水位，爐內水位過低則報警，致使生產(chǎn)停運[12]。

2.2 拆卸復雜

水位計3 到5 天就要拆卸清理，在拆卸水位計之前，需打開爐體底部排水閥，將爐水排放至液面低于水位計與爐體下側連通管，防止爐水外流。在清理水位計內部堵塞物、通管、安裝過程中，空氣進入爐體，產(chǎn)生正壓。水位計清洗安裝完畢后，需要調動水罐車對加熱爐進行補水。而且冬季較冷，大大增加了員工勞動程度[13]。

2.3 連通管直徑過細

爐體本身與水位計通過連通管相連接。利用連通器原理爐體內的液體可流向水位計內，通過水位計觀測爐內液位狀況。但是目前所用連通器直徑較小，容易出現(xiàn)流通不順的狀況，導致數(shù)據(jù)不準，造成事故[14]。

3 磁翻板水位計的改進

根據(jù)實際情況，油田對水位計進行多次改進，分別使用磁鐵吸附液體里的雜質，擴大連通管以及裝置具有隔離性能的閥門。

3.1 磁翻板水位計改進目的

為解決以上問題，在加熱爐運行過程中，多方探索試驗，對水位監(jiān)測系統(tǒng)進行了改進，研制出一種新型磁翻板水位計。該水位計設置了沖洗、排污功能。通過開關閥門即可實現(xiàn)定期沖洗水位計，簡單易行，有效減輕了員工的勞動強度，同時解決了水位計堵塞問題，保障了加熱爐的水位真實可觀，避免了低水位報警、停爐現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 水位計的改進具體措施

3.2.1 安裝磁鐵吸附雜質

將4 塊圓環(huán)形磁鐵安裝到爐體兩側靠連通器的位置（如圖2）。雜質被磁鐵吸附，水位計的清理周期延長到8～12 天，與此同時，又在缸體底部法蘭外安裝一塊適中磁鐵，將清理周期有延長至12～30天。

圖1 改裝前水位計

圖2 改裝后水位計

3.2.2 擴大連通管徑以及配置隔離控制閥

把原來連接鍋爐與水位計直徑16 mm 的短接管改為直徑20 mm，并且按調節(jié)（1）和（2）閥門，對爐體與水位計進行隔離控制（如圖3）。因此，對水位計拆卸時不需要排低爐水。

圖3 擴大連通管徑以及隔離閥安裝改造圖

3.2.3 水位計本體改進

拆除原來水位計，連接法蘭，安裝一個高700 mm，直徑200 mm 主穩(wěn)定缸，加強水位計吸收雜質的能力。并且將兩塊活動的磁鐵塊安置在缸體底部法蘭外側，加強吸附能力，使水中的金屬雜質在進入水位計前先被吸附。同時把一個翻磁板水位計連接到主穩(wěn)定缸兩側，完成兩個水位并聯(lián)讀數(shù)，提高數(shù)據(jù)的真實性。另外，在主穩(wěn)定缸的上部及下部安裝排污閥門，有利于兩側的水位計與主穩(wěn)定缸獨自清污。

4 改進之后水位計的具體操作及效益

磁翻板水位計的改進，可以推廣到其他單位使用磁翻板水位計的鍋爐、加熱爐系統(tǒng)上，能夠有效保障設備的可靠運行。

4.1 具體操作

a.關閉閥門（1）（2），將隔離水位計和爐；

b.卸載永磁鐵（16），關閥門（4）（5）（7）（8），打開閥門（11）（10）（15），單獨沖洗主穩(wěn)定缸；

c.關閉閥門（11），打開閥門（4）（5）（6），單獨沖洗水位計（12）；

d.關閉閥門（6）（4）（5），打開閥門（7）（8）（9），單獨沖洗水位計（13）；

e.關閉閥門（9）（10）（15），打開閥門（4）（5）（7）（8）（1）（2），水位計恢復運行。

因此，閥門（6）（9）（11）與軟管一一連接，沖洗倆側水位計和主穩(wěn)定缸。水位計正常運行時，把一臺磁翻板水位計的隔離控制閥門關閉，只沖洗該磁翻板水位計，由另一臺繼續(xù)檢測爐體水位。

圖4 水位計與加熱爐爐體連接圖

4.2 經(jīng)濟效益評價

水位計改進之前3～5 天進行一次沖洗，按照5天一次沖洗，采暖期270 天，需要沖洗54 次，單臺爐用水量約1.89 t，一個采暖期需要消耗102.3 t，浪費水嚴重。此水位計改進之后，通過一個采暖期的試工作，它的清理周期從3 天變成約30 天，可以一個開關解決沖洗、排污功能，一個完整的過程只需要兩位員工耗時5 min，并且經(jīng)一個采暖期的使用后，經(jīng)計算單臺加熱鍋爐節(jié)水量約為85 t。

圖5 新型磁翻板水位計結構及沖洗連接圖示

表1 新型水位計各部位名稱

5 新型水位計的發(fā)展趨勢

（1）當代水位計應該具有相對較高的分辨率。電站爐基本為15 mm，但希望小于10 mm。核電設備要求可以分辨100 mm 的液位波動數(shù)值。所以，必須努力探尋水位測定辦法的更新，避免應用連通型水位計，采用鍋爐內直接測量法[15-16]，提高精度及可靠性。

（2）使用阿拉伯數(shù)字顯示液位值，不可憑視覺直接觀測。如果水位值越過規(guī)定差范圍，可自動報警。

（3）可與計算機連通，并能夠自動調節(jié)，自動化控制。當水位值降低至一定限度時，進水系統(tǒng)可自動調節(jié)，如果鍋爐水位始終維持在規(guī)定范疇內，一旦有事故出現(xiàn)，可立即給員工報警[17-18]。

（4）結構相對精簡，維護修理便捷，經(jīng)濟實用，久耐度高，壽命長。