機械式液位計在發電廠的應用研究

武曉磊

京能集團內蒙古岱海發電有限責任公司，中國·內蒙古 烏蘭察布 013700

1 引言

在火力發電生產過程中，根據需求會建設許多地坑、水箱、蓄水池等裝置，而這些裝置通常需要自動補排液，其介質一般為無腐蝕性液體（水）。這些裝置對密封性要求不高，因此受環境污染的可能性極大，這就導致一些對環境要求高的液位檢測裝置出現較高的故障率，甚至其準確度、壽命面臨著極大的挑戰。由此會帶來一系列的生產問題，如維護成本、生產事故以及非停事件的發生等，所以，研究一套可靠性高、精度相對一般、維護成本較為低廉、安裝方便的機械式液位計是非常有必要的，它可以為保障安全生產提供其應有的價值。

2 液位計分類

2.1 磁浮子式

可配置遠傳液位變送器，用以實現液位信號遠傳的數/模顯示，見圖1。由液位傳感器和信號轉換器兩部分組成，液位傳感器由裝在φ20不銹鋼護管內的若干干簧管和若干電阻構成，護管緊固在測量管（主體管）外側；信號轉換器由電子模塊組成，安置在傳感器頂端或底端的防爆接線盒內。磁浮球液位計具有結構簡單、使用方便、性能穩定、使用壽命長、便于安裝維護等優點。主要廣泛運用在石油加工、食品加工、化工、水處理、制藥、電力、造紙、冶金、船舶和鍋爐等領域中的液位測量。

圖1 磁浮子式液位計

2.2 內浮式

內浮式液位計是一種針對高粘稠介質而研發的專用液位測量儀表，見圖2。該產品是在磁浮子液位計的基礎上進行的技術升級，完全克服磁浮子液位計對粘稠介質長期以來測量不準確、腔體內部的液體與浮子粘附、維護困難等諸多弊病。內浮式磁性液位計是一種雙腔液位計，被測介質與磁性面板端的腔體隔離，容器端腔體內部與浮子經過特殊處理后，確保了浮子跟隨液位的變化線性地傳遞給磁性面板，并清晰準確地指示出液位的高度。它能現場顯示，兼顧報警控制和輸出遠傳信號，既是一機多能的液位測量儀表，也是測量粘稠介質最佳的液位測量儀表。

圖2 內浮式液位計

2.3 磁翻板

磁翻板液位計能滿足電力、供熱、供氣等行業的要求，采用獨特的散熱方式，有效地控制了介儀表的工作溫度，避免了磁性元件在高溫條件下退磁，確保儀表工作可靠，可測量高溫450℃，高壓25MPa，在中國同行業中處于領先地位。見圖3，該液位計適用于高溫高壓液體容器的液位、界位的測量和控制，清晰地指示出液位的高度，顯示直觀醒目，指示器與貯罐完全隔離，具有使用安全、設計合理、結構簡單、安裝方便可靠、性能穩定、使用壽命長、維修費用低、便于安裝維護等優點。

圖3 磁翻板液位計

2.4 投入式

投入式液位計是一種測量液位的壓力傳感器，見圖4。靜壓投入式液位變送器（液位計）是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國際上先進的隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉換為電信號，再經過溫度補償和線性修正，轉化成標準電信號（一般為4～20mA/1～5VDC）。靈敏度高，響應時間≤1ms。精度等級高，可達0.1級，聚氨酯導氣電纜，具有耐高溫、耐腐蝕的優勢，體積小巧，便于安裝、投放。

圖4 投入式液位計

3 火力發電地坑、水箱、蓄水池類型

3.1 地坑

地坑又稱為基坑，一般分為三類，有一級基坑、二級基坑和三級基坑，其級別一般是批容器大小區分的。通常情況下具有如下屬性的為一級基坑：

（1）重要工程或支護結構做主體結構的一部分。

（2）開挖深度大于10m。

（3）與鄰近建筑物，重要設施的距離在開挖深度以內的基坑。

（4）基坑范圍內有歷史文物、近代優秀建筑、重要管線等需嚴加保護的基坑。

三級基坑一般開挖深度小于7m，介于一三級之間的為二級基坑。對于火力發電而言，三級基坑較多，因此論文主要研究的對象為三級基坑。

3.2 水箱

水箱按照材質可分為不銹鋼水箱、搪瓷鋼板水箱、玻璃鋼水箱、PE水箱等。其中，玻璃鋼水箱選用優質樹脂為制作原料，加上優良的模壓生產工藝制作而成，具有重量輕、無銹蝕、不滲漏、水質好、使用范圍廣、使用壽命長、保溫性能好、外形美觀、安裝方便、清洗維修簡便、適應性強等特點，廣泛應用于賓館飯店、學校、醫院、工礦企業、事業單位、居民住宅、辦公大樓，是作為公共生活用水、消防用水和工業用水貯水設施的理想產品。

3.2.1 企業標準

不銹鋼焊接式常壓水箱廣泛用于建筑給水的調節、貯存水箱、供熱水系統的熱水保溫貯存、凝結水箱。它解決了傳統水箱存在的制作安裝困難、防腐效果差、使用壽命短以及裝配式給水箱易滲漏、橡膠條易老化等缺陷。具有制造標準化程度高、制作靈活、不用起重設備、不污染水質等優點。

3.2.2 不銹鋼焊接式水箱的常見故障和處理方法

由于工業及生活用水中普遍含有氯離子（Cl-），金屬制的熱水容器總是常年處于80℃以下含Cl-水的腐蝕環境中，容易發生局部腐蝕而使其使用壽命受到限制。與均勻腐蝕（化學腐蝕）相比，局部腐蝕（電化學腐蝕）速度要快得多，危險性也大得多，往往導致泄漏失效。在含Cl-的水介質之中，不銹鋼水箱最易發生腐蝕的薄弱環節是焊接區，由于該區經受過高溫加熱，組織及性能有劣化，抗腐蝕性能也降低。

不銹鋼水箱材質一般為Cr不銹鋼，因材質中不含鎳導致水箱焊接部位在使用過程中出現的腐蝕滲漏問題較為常見。傳統的補焊的方法難度較大，受熱應力影響或會造成更大的損壞；環氧類耐腐材料則由于表面的粘結力和膨脹系數等性能影響，可能會出現龜裂、剝離等現象再次加重腐蝕。針對不同設備、不同的運行狀態以及不同腐蝕滲漏形式，采用相應的技術產品，可快速、簡單、有效地保護設備，特別是高分子復合材料所具有的抗化學腐蝕性能，粘結性能等綜合性能，避免了傳統補焊修復和傳統耐腐材料保護所帶來的不利影響，使修復后的設備壽命甚至超過新設備，從根本上解決腐蝕滲漏原因，幫助企業提高設備管理水平，降低維修維護成本，提高企業競爭力。其中，不銹鋼水箱是火力發電較為常用設備之一。

3.3 蓄水池

圖5 蓄水池規模示意圖

根據其地形和土質條件，蓄水池可以修建在地上或地下，分為開敝式和封閉式兩大類。按形狀特點又可分為圓形和矩形兩種；因建筑材料不同可分為磚池、漿砌石池、混凝土池等。其中，蓄水池布置原則和水窖基本相同。在火電廠實際生產中，地下開式蓄水池較為常見，蓄水池建成后，用鋼格板進行地表封堵，防止行人不小心落水（池）。

4 實際應用說明

4.1 魚標浮球液位計的應用效果

魚標浮球液位計采用聚氨酯泡沫材質魚標球作為浮子，因其耐磨蝕，密度小，重重輕，相同體積下浮力較大，在純機械的液位計設備上進行應用較為可靠。在火力發電容易受到污染的地坑中進行應用，效果非常理想。同時，該種液位計的成本特別低廉，后期基本免維護。另外，還可以配合其他機械裝置或電氣開關，實現信號遠傳。

4.2 磁性浮子式液位計的應用效果

磁性浮子式液位計在實際應用中與被測容器形成連通器，保證被測量容器與測量管體間的液位相等。當液位計測量管中的浮子隨被測液位變化時，浮子中的磁性體與顯示條上顯示色標中的磁性體作用，使其翻轉。紅色表示有液，白色表示無液，以達到就地準確顯示液位的目的。該液位計顯示直觀醒目、不需電源，安裝方便，廣泛應用于火力發電的儲水罐、槽、箱等容器的液位檢測。用戶可根據工程需要，配合磁控液位計使用，可就地數字顯示，或輸出4～20mA的標準遠傳電信號，以配合記錄儀表。為滿足工業過程控制的需要，也可以配合磁性控制開關或接近開關使用，對液位監控報警或對進液出液設備進行控制。

4.3 靜壓投入式液位變送器的應用效果

靜壓投入式液位變送器（投入式液位計）適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環保等系統和行業的各種介質的液位測量。精巧的結構，簡單的調校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。此外，4～20mA、0～5V、0～10mA等標準信號輸出方式由用戶根據需要任選。投入式液位計的不銹鋼傳感器帶有可伸長的聚亞安酯外殼材料的電纜線，該投入式液位計可選擇帶有重錨的傳感器，這種投入式液位計應用在有波動或急流的液體環境中。

5 應用效果分析

5.1 效果一：控制地坑補排水泵的運行

在發電生產過程中，將機械式魚標浮球液位計應用于輸煤清洗地坑中，實現對排水泵的就地控制，見圖6。當輸煤澄清地坑的水位達到安全高度時，浮球通過作用推桿將力傳導給安裝在推桿上的撥動桿，由撥動桿作用安裝在液位計上的開關，遠程給水泵控制回路，實現水泵的自動運行。當排水到安全低位時，由推動桿和浮球的重力傳導給下位撥動桿上，再由下位撥動桿撥動下位開關，進行水泵的回路控制，致使水泵停止運行。周而復始，從而起到節能和安全的效果。

圖6 液位計詳細示意圖

5.2 效果二：控制就地報警信號源

在工業生產中，有些區域行人或工作人員經常在地坑或蓄水池旁邊作業，尤其在一些光線較暗或封閉空間中，地坑或蓄水池會給作業人員帶來安全隱患。通過安裝機械式液位計與無源警示器，可以很好地對作業人員進行安全提示。

5.3 效果三：野外雨水蓄水池在線檢測

野外雨水蓄水池通常離生產區域較遠，遠距離供電困難，傳統方式實現遠程檢測顯得不太可能，因此可以安裝純機械式液位計搭載無線信號基站（光伏供電或電池供電，因無線信號基站功率較小，電池型的可以連續工作100天）以實現遠程檢測的目的。其原理為通過無線CPE信號強度[1]來判斷高液位值，見圖7。

圖7 野外雨水蓄水池示意圖

此種應用或測量范圍較大，當兩地相差2000m以上時，可以檢測0～50m的液位情況。

6 結語

綜上所述，機械式液位開關的原理相對簡單，對于優化傳統開關的功能具有重要意義。以此為基礎，將機械式浮球液位開關應用在具體的工作中，能夠結合實際情況對適當的自我調節，從而保證系統能夠更加穩定運行，避免發生故障而造成經濟損失。由于機械式浮球液位開關還有很多需要改進的地方，因此需要相關人員加大研究力度，以便于進一步優化機械式浮球液位控制系統，為各個行業提供更加優質的技術保障。