一種智能液位檢測排水金屬閥門防腐蝕設計與應用

程 松

（南京恩瑞特實業有限公司，江蘇 南京 210000）

空氣經過空氣壓縮機以后形成高壓的氣體輸送給應用高氣壓的機器設備，不過在這過程中，輸送高壓氣體經過管道后溫度會降低，從而產生一些冷凝液體。這些冷凝液長時間堆積會對管路造成氣堵，還容易銹蝕管道，造成一些安全隱患，所以需要定期排出這些冷凝液。但是如果排放不得當，很容易將有用的氣體排出管道，造成氣壓降低，空壓機負荷增加，用電量增加。本文針對不同管道所凝結的不同成分的冷凝液設計出能夠進行精準排放的智能排水金屬閥門，金屬閥門在排除冷凝液同時也保證有用的高氣壓空氣不被排除[1]。

1 傳統排水閥門與智能液位檢測排水金屬閥門比較

空氣壓縮機冷凝水排放一般情況是由人工定時排放，根據工程經驗，由專人看管維護，所以耗時費力。并且冷凝水有時候排水量隨著季節天氣等影響改變，人工很難把握好排水節奏，有可能造成排放不及時，從而引起管道氣堵。隨著技術的進步，定時排水閥門被生產出來，但是定時排放的節奏很難控制得當，往往引起不必要的排氣，造成整體系統的氣壓損失。

智能液位檢測排水金屬閥門則無需人工定時檢查和排放，極大節約人力成本，只需定期維護檢查是否工作正常，尤其適合無人值守的空壓機站或者有大量空壓機的工廠。另外智能液位檢測排水金屬閥門可以經可能減少由于冷凝液排放所造成的管道壓力損失與變化，使管道壓力平穩運行，并且排放冷凝液效率更高。下表就是三種排水方式的比較說明[2]。

表1 三種排水方式比較表

從上表可以看到，人工排水方式對人力消耗最高，目前在目前人力成本頗高的今天已經較為不合適了，材料成本最低，維護成本主要是工人工資上很高，而且在實時性和故障率方面都不理想，氣體的壓力損耗也較高，綜合起來在三中方案中是較差的方式。智能液位檢測排水器方式對人力消耗最低，材料成本最高，維護成本主要是智能液位檢測排水器的采購，雖然初始投入較高，但在實時性和故障率方面都很理想，氣體的壓力損耗也很低，綜合起來在三中方案中是最合適的方案。

2 智能液位檢測排水金屬閥門的結構與原理

智能型非接觸式液位感應器（以下簡稱液位感應器）采用了先進的信號處理技術及高速信號處理芯片，突破了容器壁厚的影響，實現了對密閉容器內液位高度的真正非接觸檢測。液位傳感器（探頭）安裝于被測容器內U型孔套內，可實現對高壓密閉容器內的各種有毒物質、強酸、強堿及各種液體的液位進行檢測。

2.1 金屬閥門設計特性

①非接觸式液位傳感器，由于非接觸測量，不會受到強酸強堿等腐蝕性液體的腐蝕，不受水垢或其他雜物影響；②智能化液位基準調整及液位記憶功能；③檢測準確穩定，可檢測沸水液面；④純電子電路結構，非機械工作方式，性能穩定壽命耐久；⑤高穩定性，高靈敏度，剛干擾能力強，不受外界電磁干擾，針對工頻干擾及共模干擾有做特殊處理，以兼容市面上所有的5～24V電源適配器。

2.2 工作原理

智能型非接觸式液位感應器是利用水的感應電容來檢測是否有液體存在，在沒有液體接近感應器時，感應器上由于分布電容的存在。因此感應器對地存在一定的靜態電容，當液面慢慢升高接近感應器時，液體的寄生電容將耦合到這個靜態電容上，使感應器的最終電容值變大，該變化的電容信號再輸入到控制集成電路中進行信號轉換，將變化的電容量轉換成某種電信號的變化量，再由一定的算法來檢測和判斷這個變化量的程度，當這個變化量超過一定的閾值時就認為液位到達感應點。具體測量公式如下。

上式中，C1是測量液位的感應電容，這個電容大小隨著水位變化改變，從而造成了脈沖寬度TL和脈沖寬度TH的改變，整個電路的頻率也就隨之改變，這個頻率電壓U被單片機計算后給出具體水位變化。這里主要采用的測量頻率電路由一塊NE555芯片和其周圍電路組成，具體如下圖1所示。

圖1 水位低于電極時

隨著冷凝水進入排水器的儲存罐，達到低水位線時，與低水位電極接觸，這里是隔著套管接觸。這時候低位電極與水接觸，電容變小，使得一片NE555輸出的頻率改變，51單片機就能識別改變的頻率，從而發現低液位的積水發生。不過這時候不需要排水，因為積水還很少，經常排放會造成氣壓不穩。隨著冷凝液的積聚，殼體內液位的升高。逐漸接近高液位電極，當接觸到高液位電極時，高液位電極的電容變小，高液位信號產生。在智能排水器中，單片機運行程序按照如下的循環狀態，可以看到總共分成五個狀態，每個狀態有特定的觸發條件，程序的狀態機在五種狀態中切換。隨著不同的觸發條件，它們會轉移到下一個狀態。通過整個外圍循環過程，完成了整個智能排水的步驟。

2.3 智能排水金屬閥門防腐設計

排水閥門是屬于防腐閥門領域和氣動活塞執行機構及手輪機構方面的發明創造。它的任務是針對現有的特種不銹鋼材料控制閥，其防腐效果差，成本造價高，使用壽命短等不利因素。此外與該控制閥配套的氣動活塞執行機構，用于調節控制系統時，活塞缸內壁則需要經過鍍硬鉻處理，故制造成本大，不經濟適用。因此針對上述問題，本發明提供一種防腐蝕、強密封，程控智能化，帶氟波紋管的控制閥，并在活塞缸內壁設有氟塑料襯層，以保護其內壁光滑，抗腐蝕，對活塞密封起到保壓作用。該執行機構功能齊全，手動／自動均可實現控制，其手輪機構整體布局合理，操作方便、省力。本發明設計新穎，結構合理，動作可靠，適用性強，是一種應用較廣的新型防腐控制閥

3 結語

本文主要提出了一種基于非接觸液位感應的智能排水器，該排水器采用螺紋電容作為測量液位的主要方式，并結合NE555電路和測頻單片機技術，能夠很好的解決水位測量的問題，從而在儲水罐過滿之前排水，接著在水位低過預設線之前關閉金屬閥門。通過該方案設計，單片機與電磁閥門精密配合，可以達到及時有效排放冷凝水避免氣堵，并同時能夠減少系統內氣壓損耗的目標。