吹氣式液位計在測量中的應用

李 磊

（中海石油葫蘆島精細化工有限責任公司，遼寧葫蘆島 125000）

1 概述

吹氣式液位計可對敞口或密閉容器內的液體進行測量。除吹氣管與被測介質接觸外，吹氣裝置主要設備和液位變送器的測量元件均不與被測介質接觸，結構簡單可靠，從而保護了測量元件，減少了儀表的維護量，增加了測量的可靠性。吹氣式液位計除了能測量普通液體的液位外，特別適用于惡劣環境下，例如腐蝕性液體、黏度較大液體、易結晶液體、高溫液體的液位，廣泛應用于石化企業中。

2 液位計的運用分析

我公司應用于污水池液位測量的液位計采用的是靜壓投入式液位計，污水池水量波動大。石油化工廢水水質、水量與生產流程密切相關，工藝過程中產生的廢水是連續排放的。石油化工廢水成分復雜，廢水中含有大量的油類物質、污泥物、重金屬物質等。廢水pH 不穩，受原料、工藝等的影響可能呈強堿性，也可能呈強酸性。設備核心部件使用的是壓力傳感器，這種液位計是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應，將靜壓轉換成4～20mADC 標準電流信號輸出。此類液位計在惡劣環境影響下經常會出現檢測元件被污水池中油污堵塞、設備密封漏水等故障，不但給工藝造成操作測量失靈，也給儀表維修人員帶來大量的工作量。投入式液位計工作原理如圖1。

圖1 投入式液位計工作原理示意

如圖1所示，它由傳感器探頭和變送器組成，基本工作原理就是靜壓液位測量，是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，液體介質中，某一個深度產生的壓力就是測量點以上的介質自身的重量所產生的。它與介質的密度和當地的重力加速度成正比。通過公式P=ρGH反映了它們之間的比例關系。其中P為壓力，ρ為介質密度，G為重力加速度，H為測量點的深度。實際應用是采用擴散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應，將靜壓轉成電信號傳遞到指示儀表來顯示液位的變化情況。

在維修這種液位計后發現，探測器探頭出現污泥堵塞造成檢測元件檢測誤差大，密封處滲漏或接液的探測傳感器與保護殼密封滲漏造成儀表失靈。修復后的探頭很容易出現二次故障，線纜密封處再次出現滲漏現象，從而造成壓力傳感器損壞，使修復后的投入式液位計不能長期穩定的運行，同時在修復過程中這種液位計的壓力傳感器部件和所測介質之間需要有較高密封性的要求。由于這種液位計故障率高，一年中幾個水池中的投入式液位計的壓力傳感器要更換好幾次，每年更換的壓力傳感器就達十幾個，大幅增加了設備維修費用，為此需要找到一種更好更合理的液位測量方法來替代原有的測量方式。如表1所示。

表1 常見的液位計及優缺點

3 項目實施改造

吹氣式液位計測量液位準確，液位狀態顯示穩定，現場設備維護方便。吹氣式液位計是非接觸式液位測量儀表，可對敞口或密閉容器內的液體進行測量。除吹氣管與被測介質接觸外，變送器測量元件均不與被測介質接觸，從而保護了測量元件，減少了儀表的維護量，增加了測量的可靠性。具體測量是將一根吹氣管插入接近容器的底面，即被測液體的最低面（零液位），然后在吹氣管通入一定量的氣體，當吹氣管中壓力近似于測量管液柱高度的靜壓力時，此時測得的壓力指即為液面高度。當被測對象對測量精度要求不高時這種液位測量非常簡便適用。具體過程是儀表氣源經過過濾器減壓器減壓后，在定值器輸出端定壓輸出一個等于液位最高值的壓力，然后通過儀表針形氣閥節流恒流送入測量緩沖罐后再通過測量管吹入水池中，緩沖罐的作用是保證吹入測量管的氣流穩定均勻，當吹入測量管的壓力近似等于液位的高度時，儀表測量的壓力數值就是液位的高度。如圖2所示：

圖2 吹氣式液位計工作原理示意

如圖2所示，敞口容器儲水池中安裝一根吹氣管，將氣源的空氣或者惰性氣體（如氮氣）通過過濾器減壓閥過濾、再經定值器將供氣壓力減少至某一恒定值，使吹氣入口壓力保證恒定，其恒定壓力的大小根據被測液位高度而定，最后這個潔凈恒定壓力的空氣再經恒節流孔與吹氣管后吹入被測液體中，恒節流孔的作用是保證恒定流量的氣體從插入液體的吹氣管下端口逸出。當液位最低時，氣泡吹出沒有阻力背壓為零，壓力計P指示零；當液位增高時，氣泡吹出要克服液柱的靜壓力，背壓增加壓力計P指示增大。在吹氣管下端微量氣泡排出約為150個/min 時，因氣泡微量且氣體流速較低，可忽略空氣在吹氣管中的沿程損失，這樣吹氣管內的氣壓幾乎與液位靜壓相等，因此，背壓即壓力計P所指示的壓力值與液面的高低成正比，即反映了液面的高低變化。其關系是：液體壓力：F=ρgh，靜壓平衡時：P=F=ρgh，即液面高度：h=P/ρg。

4 吹氣式液位計選用優勢

1）吹氣式液位計設備結構簡單，易于安裝、運行穩定、價格低廉、維護方便在安全生產方面具有很大的優勢。

2）采用吹氣管與被測介質接觸避免了檢測元件被污泥堵塞的情況，如果吹氣管出現堵塞的情況下，只需要通過調整液位計供氣壓力，將堵塞物通過氣源壓力吹通即可。

3）選用吹氣式液位計可以將檢測元件從具有腐蝕性介質中轉移出來，對檢測設備有良好的保護作用，由于壓力檢測元件從污水池中移至頂部，對后期設備維修與維護都提供了便利條件。

5 改造后的應用

通過測量方式改變，使儀表測量原件不再接觸液體，使儀表的無故障工作時間極大延長，利用方便易得的儀表風資源，降低成本、節約費用，提高維修技改技能。在改造中我們使用儀表針形氣閥代替了恒節流孔，它的好處是可以在現場手動調節空氣的流量從而達到最優空氣消耗數量來減少浪費，同時增加了測量管緩沖室使吹入吹氣管的氣體更加均勻，以減少氣源波動引起的測量干擾。

6 結束語

目前企業的污水池所采用吹氣法測量來防止傳感器和線纜接液，極大的延長壓力變送器的傳感器壽命和因這些部件接液而造成的儀表故障。提高了儀表的液位測量的準確性、安全性、穩定性，延長了儀表的無故障工作周期。