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鍋爐和熱水鍋爐因水位計的原因發生爆炸等重大事故。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，國內水位計的發展更新的速度非常緩慢，從1949年以來國內單個機容量已經從35 t/h增長到1 000 t/h，水蒸氣的參數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、復現性大幅度提高。期間分別研發出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%。在此之后又研發出854ATG 多功能伺服液位計、BM-60 儲罐測量系統多功能伺服水位計[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，但經過長期使用發現了雜質堵塞、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，顯示度高，測量廣范，還具有優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 磁翻板水位計現存在的問題

2.1 出現雜質堵塞

油田公司主要使用磁翻板水位計，經過長期的使用磁翻板水位計出現下列一些問題。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，容易出現流通不順的狀況，導致數據不準，造成事故[14]。

3 磁翻板水位計的改進

根據實際情況，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，對水位監測系統進行了改進，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、停爐現象的發生。

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（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定缸兩側，完成兩個水位并聯讀數，提高數據的真實性。另外，在主穩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，由另一臺繼續檢測爐體水位。

圖4 水位計與加熱爐爐體連接圖

4.2 經濟效益評價

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，并且經一個采暖期的使用后，經計算單臺加熱鍋爐節水量約為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）使用阿拉伯數字顯示液位值，不可憑視覺直接觀測。如果水位值越過規定差范圍，可自動報警。

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

（4）結構相對精簡，維護修理便捷，經濟實用，久耐度高，壽命長。