摘要：液氨罐液位計在各類儲罐中的使用量特別大，凱銘儀表則是針對于某石化企業(yè)的低溫儲存方式的乙烯球罐在低溫情況下使用液氨罐液位計容易產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象，影響儀表的正常測量這一難題而采取的改造方案，這一改造方案徹底解決了液氨罐液位計應(yīng)用于低溫物料儲存時結(jié)冰的情況, 為低溫物料儲存采用液氨罐液位計提供了寶貴的經(jīng)驗，為許多遇到同類問題的用戶提供了非常好的思路。

蘭州石化460kt/a乙烯裝置配套的液態(tài)烴罐區(qū)于2014年3月1日破土動工, 2015年7月建成投產(chǎn)。液態(tài)烴罐區(qū)共有14具球罐, 分別用于儲存乙烯、丙烯、裂解碳四、抽余碳四、丁烯一、碳五等中間產(chǎn)品, 其中用于儲存液相乙烯的有6具容積為1500m3的球罐, 儲存條件為壓力：1.65~1.75MPa；溫度一30~一36℃, 球罐本體材質(zhì)為低溫鋼07MnNiCrMoV。為了保證球罐的安全穩(wěn)定運(yùn)行, 每一具球罐均安裝有雙液位計, 一種是伺服液位計, 另一種是液氨罐液位計。

1、運(yùn)行現(xiàn)狀

球罐自2006年6月建成投用以來, 丙烯、裂解碳四、抽余碳四、丁烯一、碳五球罐的兩套液位計運(yùn)行比較正常, 兩套液位計互為備用, 一旦其中一套液位計出現(xiàn)問題, 另一套能夠正常指示, 為崗位操作工提供操作依據(jù)。而乙烯球罐(R301A-F)自投用以來, 由于設(shè)計制造方面存在缺陷, 沒有充分考慮乙烯低溫儲存的特殊條件, 磁翻板液面計表面掛霜結(jié)冰嚴(yán)重, 刻度被冰層包裹, 根本無法看到液位指示, 只能夠根據(jù)伺服液位計的指示進(jìn)行操作。在伺服液位計定期校對、失靈或者檢修時, 無法正常操作, 給球罐的運(yùn)行帶來很大的安全隱患。

2、缺陷改造

為了保證乙烯球罐安全穩(wěn)定運(yùn)行, 投用初期液氨罐液位計結(jié)冰就很嚴(yán)重, 開始以為是由于施工時保冷材料沒有安裝好、保冷材料的厚度不夠等原因造成的, 因此對保冷材料全部重新安裝并增加了保冷材料的厚度, 但效果不明顯。后又組織崗位操作工對液氨罐液位計上的冰定期進(jìn)行人工清理, 由于乙烯球罐容積大（1500m3），液位計長約12米，清理難度非常大，在清除作業(yè)過程中涉及高空等危險作業(yè)，增加了員工的工作危險性和勞動強(qiáng)度，而且經(jīng)過人工清理的液位計在運(yùn)行3~4小時后，又開始掛霜結(jié)冰，運(yùn)行周期太短。另外每次在清除結(jié)冰的過程中, 都會對磁翻板液面計和閥座有所損傷, *終可導(dǎo)致磁翻板液面計損壞報廢。后來又嘗試切斷液面計根部閥切斷, 采用自然化冰的方式來清除掛冰, 這樣雖然減小了操作工的勞動強(qiáng)度, 但這種辦法除冰時間太長,對安全生產(chǎn)不利。為了徹底解決磁翻板掛冰的現(xiàn)象, 經(jīng)過反復(fù)論證, 技術(shù)人員提出用工廠空氣進(jìn)行吹掃的方案并在其中一具乙烯球罐上進(jìn)行試驗。通過試驗發(fā)現(xiàn)用工廠空氣連續(xù)吹掃掛冰的液位計, 基本能夠徹底解決液氨罐液位計掛冰。

試驗于2015年10月初開始,2015年12月底結(jié)束，實驗初期由于氣溫加高（約25°C），防止結(jié)冰的效果好；到了冬季嚴(yán)寒季節(jié)，又暴露出由于工廠空氣帶水仍然出現(xiàn)使液位計結(jié)冰現(xiàn)象。針對上述情況, 考慮對工廠空氣進(jìn)行加熱, 并于2016年1月又經(jīng)過為期個月的試驗和觀察, 嚴(yán)寒季節(jié)磁翻板結(jié)冰也得到徹底解決。圖1為冬季所拍攝的照片, 與改造前相比效果非常好。

圖1 液位計改造后的照片

液氨罐液位計改造后的現(xiàn)場情況

此次試驗的成功為徹底解決乙烯球罐磁翻板結(jié)冰提供了寶貴的經(jīng)驗, 因此將試驗期間所用的臨時管線和設(shè)備經(jīng)過進(jìn)一步完善, 于2016年4月底完成全部乙烯球罐（R301A-F）液氨罐液位計的改造, 液位計上的空氣吹掃管為自制設(shè)備, 進(jìn)氣端裝一閥門用于調(diào)節(jié)空氣量, 另一端封閉, 在靠進(jìn)液位計翻板側(cè)每間斷開5cm一個中的孔用于空氣吹掃為保證吹掃空氣的溫度在加熱器出人口增加一旁線, 流程見圖2。

乙烯球罐（R301A-F)液氨罐液位計全部改為工廠空氣吹掃后, 液氨罐液位計的指示非常準(zhǔn)確和清楚。系統(tǒng)所用工廠空氣由乙烯裝置工廠空氣管網(wǎng)提供, 加熱熱源利用球罐區(qū)低壓蒸汽凝液, 參數(shù)如下:

(1)工廠空氣:0.6mpA,常溫

(2)低壓蒸汽壓力:0.35MPa, 溫度140℃。

經(jīng)過摸索和觀察, 工廠空氣吹掃系統(tǒng)夏季可以不開換熱器, 冬季氣溫較低時可將換熱器投用, 保證吹掃空氣的溫度在35~40℃即可滿足工藝要求, 由于利用了低壓蒸汽凝液余熱, 不消耗蒸汽是此次改造的一大亮點(diǎn)。

一、本文概述

液氨罐液位計在各類生產(chǎn)罐區(qū)是一種特別常見的液位儀表，不僅適合于現(xiàn)場液位數(shù)據(jù)的直接觀測，也方便通過配置相應(yīng)的遠(yuǎn)傳裝置來實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳，它具有結(jié)構(gòu)簡單，讀數(shù)直觀、觀測無盲區(qū)、安裝使用維修方便，且液位指示器與測量介質(zhì)完全隔離等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在石油、化工、電力、冶金、醫(yī)藥等行業(yè)的液位測量中。但對于在環(huán)境溫度很低的煉油廠液化汽球罐區(qū)，目前國內(nèi)外普遍使用的磁浮子液位計，存在很多安全問題，特別是低溫凍結(jié)浮球?qū)е聼o法顯示液位的問題，

其工作原理源于浮力和磁性耦合。以前傳統(tǒng)老式產(chǎn)品都是采用下端浮子腔為一盲腸結(jié)構(gòu)不過由種種原因，其設(shè)備盲腸在在石油石化系統(tǒng)是一大安全隱患，因為管道中測量介質(zhì)的具有腐蝕性雜質(zhì)的積聚會對該處焊縫產(chǎn)生應(yīng)力，腐蝕開裂；并且長期測量過程中，測量介質(zhì)中的水分會在該處沉降，冬季來臨時溫度過低，便會產(chǎn)生凍凝的風(fēng)險，這些隱患時刻威脅著企業(yè)的安全。筆者通過本文提出了一種新型結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，它其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)摒棄了傳統(tǒng)的盲腸結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以*大限度地減少測量管內(nèi)的腐蝕性雜質(zhì)的沉積，減少浮球室內(nèi)積水，以防止浮球被浮球室內(nèi)的積水凍住，具有結(jié)構(gòu)簡捷、使用安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。徹底克服了老式磁浮子液位計的一些缺點(diǎn)，特別適用于煉油、化工廠球罐裝置上的液位測量。

二、結(jié)構(gòu)原理與工作方式

液氨罐液位計主要由主導(dǎo)管、液位指示器、磁浮球、排污閥等部件組成。該系列液位計是根據(jù)液體對磁性浮子產(chǎn)生浮力及磁性耦合的原理設(shè)計和制造的。磁性浮子置于不導(dǎo)磁的主導(dǎo)管內(nèi)，通過主導(dǎo)管內(nèi)介質(zhì)的浮力作用，使浮子隨著液位上下移動，從而帶動主導(dǎo)管外的液位指示器作同步升降來顯示液體的位置。該系列產(chǎn)品除了配上指示標(biāo)尺作就地指示外，還可以配備報警開關(guān)和信號遠(yuǎn)傳裝置，前者作高低報警用，后者可將液位轉(zhuǎn)換成4 ～ 20mA 的直流信號送到接收儀表，并有隔爆和本安2 種結(jié)構(gòu)供選擇。

三、現(xiàn)狀分析及存在的問題

作為一種廣泛應(yīng)用于石油化工等行業(yè)的承壓儲存設(shè)備，球罐具有應(yīng)力分布均勻、同體積下使用材料*少、占地面積小、規(guī)格從50m3 ～ 10 萬m3 應(yīng)有盡有等優(yōu)點(diǎn)[2]，因而在球罐上的液位測量顯得日益重要。近年來，液化氣球罐和其他壓力儲罐的就地液位測量，在油氣儲運(yùn)部門是個棘手的問題，多數(shù)還是一直沿用玻璃板液位計人工觀測。這種方法缺點(diǎn)較多:

①如玻璃板液位計本身的質(zhì)量不高，包括閥門、管接頭等，常會發(fā)生泄漏；

②在液化氣輸送中因管道和罐體被硫化物腐蝕， 生成的雜質(zhì)常堵塞玻璃板液位計；

③ 測量結(jié)果誤差較大?，F(xiàn)在正逐漸選用基于磁耦合原理設(shè)計的液氨罐液位計代替玻璃板液位計，此液位計是基于阿基米德定理，磁性浮子在液體中產(chǎn)生浮力，根據(jù)磁鐵同性相斥，異性相吸的性質(zhì)制成[3]。但傳統(tǒng)的液氨罐液位計也存在一些弊端，如其下端浮子腔為盲腸結(jié)構(gòu)，設(shè)備盲腸在石油石化系統(tǒng)是1 個大的安全隱患，介質(zhì)腐蝕物的積聚對該處焊縫產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，介質(zhì)中的水分在該處沉降，冬季有產(chǎn)生凍凝的風(fēng)險，這些隱患時刻威脅著企業(yè)的安全。

四、 方案設(shè)計介紹

無盲腸液氨罐液位計是*新研發(fā)的一種新型磁性液位儀表，如圖1 所示。

它采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并充分利用了防凍液氨罐液位計和磁性真空液位計2 個**產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，徹底克服了老式液氨罐液位計的一些缺點(diǎn)，特別適用于煉油、化工廠球罐裝置上液位的測量。其浮子腔的設(shè)計，消除了盲腸結(jié)構(gòu)帶來的應(yīng)力腐蝕、結(jié)垢、凍凝問題。本實用新型技術(shù)方案所能達(dá)到的有益效果是：由于液相連接管與排污管的底側(cè)部相連通，貯存罐處在低溫環(huán)境下也無需外部加熱，當(dāng)貯存罐內(nèi)液體介質(zhì)的液位低于主導(dǎo)管的液相連接孔時，液體介質(zhì)可全部回流至貯存罐內(nèi)，不會滯留在主導(dǎo)管內(nèi)，也就不會出現(xiàn)液體介質(zhì)結(jié)冰凝固浮球而無法顯示液位的現(xiàn)象，保證了磁性翻板液位計在低溫環(huán)境下仍能正常使用。頂端浮子腔的設(shè)計、浮子上浮的氣阻尺寸均經(jīng)過計算和試驗，測量精準(zhǔn)達(dá)到100% 準(zhǔn)確，如圖2 所示。

下連通管與容器接管為同一平面，介質(zhì)不會產(chǎn)生沉積物，避免普通液位計經(jīng)常清洗易燃易爆介質(zhì)帶來的作業(yè)風(fēng)險。

防凍液氨罐液位計。其原理為真空隔溫結(jié)構(gòu)，夏季防曬，冬季防凍，主體管采用厚壁設(shè)計，保證內(nèi)外壓差的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。對冬季無熱源伴熱或伴熱溫度對介質(zhì)產(chǎn)生汽化的場合特別適用。防凍磁性翻板液位計，包括有主導(dǎo)管、磁浮球、法蘭盤和排污閥，磁浮球位于主導(dǎo)管內(nèi)，主導(dǎo)管的壁殼由內(nèi)外雙層壁殼體構(gòu)成，在該內(nèi)外雙層壁殼體之間形成密閉的腔室；主導(dǎo)管上開設(shè)有汽相連接孔和液相連接孔，該汽相連接孔和液相連接孔將主導(dǎo)管的內(nèi)部與外部相連通；主導(dǎo)管上還設(shè)置有抽負(fù)壓管，該抽負(fù)壓管與密閉的腔室相連通，密閉的腔室由環(huán)繞的側(cè)壁腔室和與其相連通的底部腔室構(gòu)成。

液氨罐液位計，主要包括主導(dǎo)管、液位顯示器和磁浮球。主導(dǎo)管壁殼由雙層殼體構(gòu)成，在該雙層殼體之間形成密閉的腔室，主導(dǎo)管上開設(shè)有汽相連接孔和液相連接孔，該汽相連接孔和液相連接孔將主導(dǎo)管的內(nèi)部與外部相連通。本實用新型技術(shù)采用上述解決方案所能達(dá)到的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡單，將主導(dǎo)管的壁殼制作成其間設(shè)有腔室的雙層殼體，再將該腔室抽成真空，如圖3 所示。

這樣就可以通過該真空的腔室將主導(dǎo)管外的環(huán)境溫度隔絕在主導(dǎo)管外，使得主導(dǎo)管內(nèi)的液體在低溫環(huán)境下無需通過外部加熱來防止其凝固，在高溫環(huán)境下某些液體介質(zhì)也不會產(chǎn)生影響。

五、無盲腸磁性翻板液位計的優(yōu)點(diǎn)分析

1) 產(chǎn)品外型美觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計簡捷、精致合理。

2) 主導(dǎo)管內(nèi)上下都裝有保護(hù)彈簧，可防止浮球撞壞。

3) 下法蘭旁管采用獨(dú)特的無盲腸結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以*大限度地減少浮球室內(nèi)積水，以防止浮球被浮球室內(nèi)的積水凍住。

4) 主導(dǎo)管采用獨(dú)特的抽真空技術(shù)，達(dá)到絕熱保溫的作用，特別適用于低溫工況下使用。

5) 采用稀土材料特制的磁鋼，磁力強(qiáng)且不易退磁。

6) 獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使主導(dǎo)管內(nèi)的沉積物直接通過下連接法蘭進(jìn)入罐內(nèi)，不用清洗。

7) 頂端浮子腔的設(shè)計，浮子上浮的氣阻尺寸均經(jīng)過計算和試驗，測量精準(zhǔn)達(dá)到100% 準(zhǔn)確。

六、應(yīng)用效果及前景

該產(chǎn)品經(jīng)過了近一年的試用，各種性能指標(biāo)完全達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)，并在石化公司油品車間等場所投入使用，效果良好。不僅使產(chǎn)品質(zhì)量和合格率得到了提升，而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性，同時也降低了工人的勞動強(qiáng)度。目前已在**多個煉油廠油品車間進(jìn)行推廣應(yīng)用，成效顯著。

3、結(jié)束語

經(jīng)過此次改造從根本上解決了液氨罐液位計結(jié)冰嚴(yán)重的現(xiàn)象, 為低溫物料儲存采用液氨罐液位計提供了寶貴的經(jīng)驗, 同時為乙烯球罐安全穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅實的基礎(chǔ)。其實如果冬季現(xiàn)場周圍環(huán)境溫度不會太低導(dǎo)致翻板刻度指示器結(jié)冰，而只是介質(zhì)溫度較低容易結(jié)晶，那么可以直接選用防凍保溫液氨罐液位計，更加簡單也更加節(jié)省成本。