浮筒式液面調節器設計

滕加莊 張欣欣

摘 要：該文設計了一種新型的液面調節器：對浮筒式液面調節器的原理和結構進行了設計，并對調節器的技術指標和調節方法做了闡述，經實際使用證明，該調節器對液面調節與控制效果良好。

關鍵詞：浮筒 液面調節器 原理設計 結構設計 儀器調節

中圖分類號：TH-3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0050-02

調節器廣泛用于化工、石油、維尼綸、化肥、冶金、電力等工業部門，進行測量和自動調節液面[1]。調節器的測量元件適合在無腐蝕條件下工作，采用壓縮空氣為工作介質，除了在一般裝置中可選用外，并可用于防爆要求的裝置之中[2]。

1 結構及工作原理設計

浮筒液面調節器的測量裝置，是基于“阿基米德”原理工作的。當浮筒全部或局部浸在液體中時，則有一浮力使浮筒上浮，浮力的大小等于浮筒排開的液體重量。計算出這一浮力，即可測算出液位高度。

1.1 測量原理

浸入液體的浮筒加在扭力桿上的重力等于自重減去浮力。

（1）

式中：W為作用在扭力桿上的合力

G為浮筒的自重

Q為浮筒受到的浮力

又據阿基米德定理：

（2）

式中：V為浮筒浸入液體內的體積

為液體比重

d為浮筒直徑

h為浸入液體高度

將（2）式帶入（1）式得：

（3）

對于一個浮筒，G、d均為不變的恒量。對于所測的固定液體，也是不變的恒量，所以，扭力桿上所受合力W只與液位高度h有關。

浮筒液面計是由浮筒測量和氣動調節兩部分組成。如圖1所示。

1.2 工作過程

測量元件是不銹鋼制成的圓柱形的浮筒1，放在鑄鋼制的浮筒箱內。浮筒最大行程是7 mm。浮筒的移動使扭力管發生扭轉。當液面降低時，扭力增大，扭力管扭轉的角度也增大；當液面升高時，扭力減小，因而扭轉的角度也減小。扭力管的中心裝有一轉軸，軸上裝有擋板4，當液面位置變更時，扭力管亦隨著轉動，從而改變了噴嘴和擋板的距離，因此，使進入放大器內的噴嘴背壓隨之改變，放大器的輸出也隨之改變，通往執行機構的壓力也就相應地變化。最后，執行機構起調節作用。

調節器的氣動調節部分，具有硬反饋的特性[3]。放大器輸出壓力，一部分經過反饋選擇器反饋到波登管，使波登管向外移動一個角度，使噴嘴離開擋板，從而，使放大器的輸出壓力減小。如果通入波登管的反饋壓力減小，則使噴嘴移近擋板，使放大器的輸出壓力減小。如果通入波登管的反饋壓力減小，則使噴嘴移近擋板，使放大器的輸出壓力增大。所以，利用反饋選擇器，可以得到不同的“節流幅度”[4]，即10%～100%。反饋選擇器又可選擇不同液體的比重，故又可稱為比重選擇器。其比重調整范圍為0.8～1.0。

調節器的供風，是經過濾和減壓后的1-1.2 kg/cm2的氣源供給。調節器的供風壓力和輸出壓力分別由壓力表指示。

如若使液面調節器改為反作用，則僅需將波登管、噴嘴和擋板的方向旋轉180 °即可[5]。

2 技術要求與技術設計

2.1 技術指標

本設計浮筒式液面調節器技術指標包括：

（1）氣源壓力：1.2 kg/cm2

（2）輸出壓力：0～1.0 kg/cm2

（3）最大工作壓力：40 kg/cm2

（4）被測液體的最高溫度：200℃

（5）測量液體的比重：0.8～1.0

（6）比例范圍：10%～100%

（7）最大調節范圍：

PYKⅡ-----365------40為365±3%

PYKⅡ-----800------40為800±3%

2.2 組裝后的試驗調整

（1）扭力管的彈性試驗[6]，用手指觸動浮筒，浮筒應能抖動70～80次，然后靜止。如果抖動小于70次，則說明框架和其他部分阻力太大，需進行調整；

（2）放大器的嚴密性試驗：首先將供風1.2 kg/cm2接通，然后將出風接頭堵上，當蓋片關閉噴嘴時出風應為1.0 kg/cm2。如出風達不到上述值，將各連接處涂上肥皂水，檢查出漏氣處，進行處理。

2.3 精度校驗

（1）給上氣源1.2 kg/cm2。檢查放大器。調整給定旋鈕[7]，使擋板蓋住噴嘴。放大器輸出應達到1 kg/cm2以上。當擋板離開噴嘴時，放大器輸出應降至0.2 kg/cm2以下。

（2）將比重盤[7]放在被測介質的比重上，使浮筒箱內液面在50%，松開固定擋板的螺帽，調整擋板與噴嘴的距離，使輸出在0.6 kg/cm2，緊固螺帽。

（3）使液面為0、50%、100%，其輸出風壓應相應的為0.2、0.6、1.0 kg/cm2，誤差不超過±2.5%，如超出誤差范圍，可相應地調整噴嘴—擋板距離和比重盤的位置[8]。

（4）沒有被測介質時，可用水進行校驗。用水校驗時則須進行比重換算。公式如下：

（5）測量兩種不同液體介面時[9]，可將比重盤放在兩種介質的比重差上。當充滿輕介質時，輸出應為0.2 kg/cm2；而充滿重介質時，輸出應為1.0 kg/cm2；兩種液體介面在50%時，輸出應為0.6 kg/cm2。如果示值不符，可相應地調整噴嘴—擋板距離和比重盤的位置。

（6）可用水校驗介面[10]，不過須進行比重換算，公式如下：

式中：hx為水相應于被校介面的高度（毫米）；

為水的比重（g/cm3）；

為重介質的比重（g/cm3）；

為輕介質的比重（g/cm3）。

按上述公式算出用水代替后的相應測量范圍。同上述方法進行校驗。

3 結論

新型浮筒式液面調節器經實際投產使用，液面控制平穩，調節性能良好，效果非常明顯，為相關企業單位解決了一定的實際應用難題。

參考文獻

[1] 遼陽白塔儀表廠.UTT-1200系列氣動浮筒式液面調節器[J].儀器儀表通訊，1972（3）.

[2] 謝忠勤，李德友.浮子液面調節器的改進[J].油田設計，1981（2）.

[3] 張藝全，姜志澄.新型均勻調節系統比例一滯后（PL）液面調節器及其應用[J].煉油化工自動化，1979（5）.

[4] 朱文洪.油氣分離液面控制與浮子液面調節器[J].石油施工技術，1981（4）.

[5] 上海吳淞化肥廠.簡易式射流控制高壓液面調節器及應用[J].上海化工，1973（S2）.

[6] 曹菊花，郭文超，徐清海.自動化儀表在采油工藝中的應用[J].科技資訊，2008（2）.

[7] 宋學民.油田自動化儀表使用中的故障分析經驗總結[J].化學工程與裝備，2009（5）：69-70.

[8] 尹瑞竹.旋進旋渦智能流量計在天然氣計量中的應用[J].科技資訊，2006（12）：4.

[9] 涂健.勝利油田天然氣計量研究[J].今日科苑，2008（12）：44.

[10] 蘇恩澤.影響原油動態計量因素分析[J].中國石油和化工標準與質量，2014（3）.