機(jī)械式液位計(jì)在發(fā)電廠的應(yīng)用研究

武曉磊

京能集團(tuán)內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司，中國(guó)·內(nèi)蒙古 烏蘭察布 013700

1 引言

在火力發(fā)電生產(chǎn)過程中，根據(jù)需求會(huì)建設(shè)許多地坑、水箱、蓄水池等裝置，而這些裝置通常需要自動(dòng)補(bǔ)排液，其介質(zhì)一般為無腐蝕性液體（水）。這些裝置對(duì)密封性要求不高，因此受環(huán)境污染的可能性極大，這就導(dǎo)致一些對(duì)環(huán)境要求高的液位檢測(cè)裝置出現(xiàn)較高的故障率，甚至其準(zhǔn)確度、壽命面臨著極大的挑戰(zhàn)。由此會(huì)帶來一系列的生產(chǎn)問題，如維護(hù)成本、生產(chǎn)事故以及非停事件的發(fā)生等，所以，研究一套可靠性高、精度相對(duì)一般、維護(hù)成本較為低廉、安裝方便的機(jī)械式液位計(jì)是非常有必要的，它可以為保障安全生產(chǎn)提供其應(yīng)有的價(jià)值。

2 液位計(jì)分類

2.1 磁浮子式

可配置遠(yuǎn)傳液位變送器，用以實(shí)現(xiàn)液位信號(hào)遠(yuǎn)傳的數(shù)/模顯示，見圖1。由液位傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分組成，液位傳感器由裝在φ20不銹鋼護(hù)管內(nèi)的若干干簧管和若干電阻構(gòu)成，護(hù)管緊固在測(cè)量管（主體管）外側(cè)；信號(hào)轉(zhuǎn)換器由電子模塊組成，安置在傳感器頂端或底端的防爆接線盒內(nèi)。磁浮球液位計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、便于安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。主要廣泛運(yùn)用在石油加工、食品加工、化工、水處理、制藥、電力、造紙、冶金、船舶和鍋爐等領(lǐng)域中的液位測(cè)量。

圖1 磁浮子式液位計(jì)

2.2 內(nèi)浮式

內(nèi)浮式液位計(jì)是一種針對(duì)高粘稠介質(zhì)而研發(fā)的專用液位測(cè)量?jī)x表，見圖2。該產(chǎn)品是在磁浮子液位計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的技術(shù)升級(jí)，完全克服磁浮子液位計(jì)對(duì)粘稠介質(zhì)長(zhǎng)期以來測(cè)量不準(zhǔn)確、腔體內(nèi)部的液體與浮子粘附、維護(hù)困難等諸多弊病。內(nèi)浮式磁性液位計(jì)是一種雙腔液位計(jì)，被測(cè)介質(zhì)與磁性面板端的腔體隔離，容器端腔體內(nèi)部與浮子經(jīng)過特殊處理后，確保了浮子跟隨液位的變化線性地傳遞給磁性面板，并清晰準(zhǔn)確地指示出液位的高度。它能現(xiàn)場(chǎng)顯示，兼顧報(bào)警控制和輸出遠(yuǎn)傳信號(hào)，既是一機(jī)多能的液位測(cè)量?jī)x表，也是測(cè)量粘稠介質(zhì)最佳的液位測(cè)量?jī)x表。

圖2 內(nèi)浮式液位計(jì)

2.3 磁翻板

磁翻板液位計(jì)能滿足電力、供熱、供氣等行業(yè)的要求，采用獨(dú)特的散熱方式，有效地控制了介儀表的工作溫度，避免了磁性元件在高溫條件下退磁，確保儀表工作可靠，可測(cè)量高溫450℃，高壓25MPa，在中國(guó)同行業(yè)中處于領(lǐng)先地位。見圖3，該液位計(jì)適用于高溫高壓液體容器的液位、界位的測(cè)量和控制，清晰地指示出液位的高度，顯示直觀醒目，指示器與貯罐完全隔離，具有使用安全、設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便可靠、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、維修費(fèi)用低、便于安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 磁翻板液位計(jì)

2.4 投入式

投入式液位計(jì)是一種測(cè)量液位的壓力傳感器，見圖4。靜壓投入式液位變送器（液位計(jì)）是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國(guó)際上先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為4～20mA/1～5VDC）。靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間≤1ms。精度等級(jí)高，可達(dá)0.1級(jí)，聚氨酯導(dǎo)氣電纜，具有耐高溫、耐腐蝕的優(yōu)勢(shì)，體積小巧，便于安裝、投放。

圖4 投入式液位計(jì)

3 火力發(fā)電地坑、水箱、蓄水池類型

3.1 地坑

地坑又稱為基坑，一般分為三類，有一級(jí)基坑、二級(jí)基坑和三級(jí)基坑，其級(jí)別一般是批容器大小區(qū)分的。通常情況下具有如下屬性的為一級(jí)基坑：

（1）重要工程或支護(hù)結(jié)構(gòu)做主體結(jié)構(gòu)的一部分。

（2）開挖深度大于10m。

（3）與鄰近建筑物，重要設(shè)施的距離在開挖深度以內(nèi)的基坑。

（4）基坑范圍內(nèi)有歷史文物、近代優(yōu)秀建筑、重要管線等需嚴(yán)加保護(hù)的基坑。

三級(jí)基坑一般開挖深度小于7m，介于一三級(jí)之間的為二級(jí)基坑。對(duì)于火力發(fā)電而言，三級(jí)基坑較多，因此論文主要研究的對(duì)象為三級(jí)基坑。

3.2 水箱

水箱按照材質(zhì)可分為不銹鋼水箱、搪瓷鋼板水箱、玻璃鋼水箱、PE水箱等。其中，玻璃鋼水箱選用優(yōu)質(zhì)樹脂為制作原料，加上優(yōu)良的模壓生產(chǎn)工藝制作而成，具有重量輕、無銹蝕、不滲漏、水質(zhì)好、使用范圍廣、使用壽命長(zhǎng)、保溫性能好、外形美觀、安裝方便、清洗維修簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于賓館飯店、學(xué)校、醫(yī)院、工礦企業(yè)、事業(yè)單位、居民住宅、辦公大樓，是作為公共生活用水、消防用水和工業(yè)用水貯水設(shè)施的理想產(chǎn)品。

3.2.1 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

不銹鋼焊接式常壓水箱廣泛用于建筑給水的調(diào)節(jié)、貯存水箱、供熱水系統(tǒng)的熱水保溫貯存、凝結(jié)水箱。它解決了傳統(tǒng)水箱存在的制作安裝困難、防腐效果差、使用壽命短以及裝配式給水箱易滲漏、橡膠條易老化等缺陷。具有制造標(biāo)準(zhǔn)化程度高、制作靈活、不用起重設(shè)備、不污染水質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。

3.2.2 不銹鋼焊接式水箱的常見故障和處理方法

由于工業(yè)及生活用水中普遍含有氯離子（Cl-），金屬制的熱水容器總是常年處于80℃以下含Cl-水的腐蝕環(huán)境中，容易發(fā)生局部腐蝕而使其使用壽命受到限制。與均勻腐蝕（化學(xué)腐蝕）相比，局部腐蝕（電化學(xué)腐蝕）速度要快得多，危險(xiǎn)性也大得多，往往導(dǎo)致泄漏失效。在含Cl-的水介質(zhì)之中，不銹鋼水箱最易發(fā)生腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)是焊接區(qū)，由于該區(qū)經(jīng)受過高溫加熱，組織及性能有劣化，抗腐蝕性能也降低。

不銹鋼水箱材質(zhì)一般為Cr不銹鋼，因材質(zhì)中不含鎳導(dǎo)致水箱焊接部位在使用過程中出現(xiàn)的腐蝕滲漏問題較為常見。傳統(tǒng)的補(bǔ)焊的方法難度較大，受熱應(yīng)力影響或會(huì)造成更大的損壞；環(huán)氧類耐腐材料則由于表面的粘結(jié)力和膨脹系數(shù)等性能影響，可能會(huì)出現(xiàn)龜裂、剝離等現(xiàn)象再次加重腐蝕。針對(duì)不同設(shè)備、不同的運(yùn)行狀態(tài)以及不同腐蝕滲漏形式，采用相應(yīng)的技術(shù)產(chǎn)品，可快速、簡(jiǎn)單、有效地保護(hù)設(shè)備，特別是高分子復(fù)合材料所具有的抗化學(xué)腐蝕性能，粘結(jié)性能等綜合性能，避免了傳統(tǒng)補(bǔ)焊修復(fù)和傳統(tǒng)耐腐材料保護(hù)所帶來的不利影響，使修復(fù)后的設(shè)備壽命甚至超過新設(shè)備，從根本上解決腐蝕滲漏原因，幫助企業(yè)提高設(shè)備管理水平，降低維修維護(hù)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。其中，不銹鋼水箱是火力發(fā)電較為常用設(shè)備之一。

3.3 蓄水池

圖5 蓄水池規(guī)模示意圖

根據(jù)其地形和土質(zhì)條件，蓄水池可以修建在地上或地下，分為開敝式和封閉式兩大類。按形狀特點(diǎn)又可分為圓形和矩形兩種；因建筑材料不同可分為磚池、漿砌石池、混凝土池等。其中，蓄水池布置原則和水窖基本相同。在火電廠實(shí)際生產(chǎn)中，地下開式蓄水池較為常見，蓄水池建成后，用鋼格板進(jìn)行地表封堵，防止行人不小心落水（池）。

4 實(shí)際應(yīng)用說明

4.1 魚標(biāo)浮球液位計(jì)的應(yīng)用效果

魚標(biāo)浮球液位計(jì)采用聚氨酯泡沫材質(zhì)魚標(biāo)球作為浮子，因其耐磨蝕，密度小，重重輕，相同體積下浮力較大，在純機(jī)械的液位計(jì)設(shè)備上進(jìn)行應(yīng)用較為可靠。在火力發(fā)電容易受到污染的地坑中進(jìn)行應(yīng)用，效果非常理想。同時(shí)，該種液位計(jì)的成本特別低廉，后期基本免維護(hù)。另外，還可以配合其他機(jī)械裝置或電氣開關(guān)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)傳。

4.2 磁性浮子式液位計(jì)的應(yīng)用效果

磁性浮子式液位計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中與被測(cè)容器形成連通器，保證被測(cè)量容器與測(cè)量管體間的液位相等。當(dāng)液位計(jì)測(cè)量管中的浮子隨被測(cè)液位變化時(shí)，浮子中的磁性體與顯示條上顯示色標(biāo)中的磁性體作用，使其翻轉(zhuǎn)。紅色表示有液，白色表示無液，以達(dá)到就地準(zhǔn)確顯示液位的目的。該液位計(jì)顯示直觀醒目、不需電源，安裝方便，廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電的儲(chǔ)水罐、槽、箱等容器的液位檢測(cè)。用戶可根據(jù)工程需要，配合磁控液位計(jì)使用，可就地?cái)?shù)字顯示，或輸出4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳電信號(hào)，以配合記錄儀表。為滿足工業(yè)過程控制的需要，也可以配合磁性控制開關(guān)或接近開關(guān)使用，對(duì)液位監(jiān)控報(bào)警或?qū)M(jìn)液出液設(shè)備進(jìn)行控制。

4.3 靜壓投入式液位變送器的應(yīng)用效果

靜壓投入式液位變送器（投入式液位計(jì)）適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量。精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。此外，4～20mA、0～5V、0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出方式由用戶根據(jù)需要任選。投入式液位計(jì)的不銹鋼傳感器帶有可伸長(zhǎng)的聚亞安酯外殼材料的電纜線，該投入式液位計(jì)可選擇帶有重錨的傳感器，這種投入式液位計(jì)應(yīng)用在有波動(dòng)或急流的液體環(huán)境中。

5 應(yīng)用效果分析

5.1 效果一：控制地坑補(bǔ)排水泵的運(yùn)行

在發(fā)電生產(chǎn)過程中，將機(jī)械式魚標(biāo)浮球液位計(jì)應(yīng)用于輸煤清洗地坑中，實(shí)現(xiàn)對(duì)排水泵的就地控制，見圖6。當(dāng)輸煤澄清地坑的水位達(dá)到安全高度時(shí)，浮球通過作用推桿將力傳導(dǎo)給安裝在推桿上的撥動(dòng)桿，由撥動(dòng)桿作用安裝在液位計(jì)上的開關(guān)，遠(yuǎn)程給水泵控制回路，實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)排水到安全低位時(shí)，由推動(dòng)桿和浮球的重力傳導(dǎo)給下位撥動(dòng)桿上，再由下位撥動(dòng)桿撥動(dòng)下位開關(guān)，進(jìn)行水泵的回路控制，致使水泵停止運(yùn)行。周而復(fù)始，從而起到節(jié)能和安全的效果。

圖6 液位計(jì)詳細(xì)示意圖

5.2 效果二：控制就地報(bào)警信號(hào)源

在工業(yè)生產(chǎn)中，有些區(qū)域行人或工作人員經(jīng)常在地坑或蓄水池旁邊作業(yè)，尤其在一些光線較暗或封閉空間中，地坑或蓄水池會(huì)給作業(yè)人員帶來安全隱患。通過安裝機(jī)械式液位計(jì)與無源警示器，可以很好地對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全提示。

5.3 效果三：野外雨水蓄水池在線檢測(cè)

野外雨水蓄水池通常離生產(chǎn)區(qū)域較遠(yuǎn)，遠(yuǎn)距離供電困難，傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)顯得不太可能，因此可以安裝純機(jī)械式液位計(jì)搭載無線信號(hào)基站（光伏供電或電池供電，因無線信號(hào)基站功率較小，電池型的可以連續(xù)工作100天）以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)的目的。其原理為通過無線CPE信號(hào)強(qiáng)度[1]來判斷高液位值，見圖7。

圖7 野外雨水蓄水池示意圖

此種應(yīng)用或測(cè)量范圍較大，當(dāng)兩地相差2000m以上時(shí)，可以檢測(cè)0～50m的液位情況。

6 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械式液位開關(guān)的原理相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于優(yōu)化傳統(tǒng)開關(guān)的功能具有重要意義。以此為基礎(chǔ)，將機(jī)械式浮球液位開關(guān)應(yīng)用在具體的工作中，能夠結(jié)合實(shí)際情況對(duì)適當(dāng)?shù)淖晕艺{(diào)節(jié)，從而保證系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定運(yùn)行，避免發(fā)生故障而造成經(jīng)濟(jì)損失。由于機(jī)械式浮球液位開關(guān)還有很多需要改進(jìn)的地方，因此需要相關(guān)人員加大研究力度，以便于進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械式浮球液位控制系統(tǒng)，為各個(gè)行業(yè)提供更加優(yōu)質(zhì)的技術(shù)保障。