淺談甲醛罐液位計的選型與分析

劉斌

（山西陽煤化工工程有限公司，山西 太原030024）

0 引 言

新疆國泰新華一期項目中的甲醛罐液位計選擇的是單法蘭液位計，但在投產(chǎn)運行半年后，就發(fā)現(xiàn)液位不再變化，經(jīng)檢修發(fā)現(xiàn)甲醛罐罐底有一層厚厚的甲醛聚合物，其導致液位壓力無法傳導到液位計的膜片上，以致無法有效測量。因此，單法蘭液位計不適合甲醛液位測量。經(jīng)過分析，決定對甲醛罐液位儀表進行重新選型，綜合考慮各液位測量儀表的優(yōu)缺點，選擇在該生產(chǎn)工況下最合適的液位儀表。

罐區(qū)液位的監(jiān)視對于裝置中的物料平衡操作具有非常重要的意義，需要密切關(guān)注液位變化，以確保Buncefiled罐區(qū)（2005年，英國）、CAPECO罐區(qū)（2009年，美國）和Indian Oil Corporation罐區(qū)（2009年，印度）那樣的重大火災(zāi)和爆炸事故不再重演。

1 甲醛的理化特性

純凈的甲醛在常溫常壓下是一種無色，有特殊氣味的氣體，與空氣充分混合后可以形成爆炸性氣體混合物，爆炸極限為7%～73%，熔點為-92℃，沸點為-19.4℃，易溶于水，乙醇等多數(shù)溶劑。貯存要求陰涼、通風，并需要遠離火種與熱源。包裝要求密封，不可與空氣接觸。

2 甲醛液位計的選型

結(jié)合甲醛易聚合的特性，詳細介紹以下幾種常見的液位計在該特殊工況下的使用測量原理及優(yōu)缺點。

2.1 差壓式液位計

差壓式液位計是基于靜壓式的測量原理，將液位轉(zhuǎn)換為靜壓力測量的一種液位計。

假設(shè)容器上部氣體壓力為pA，選定液位處壓力為p0。則自選定的液位處至高h所產(chǎn)生的靜壓力差Δp可表示為：Δp=p0-pA=ρgh。將上式變形，得：h=Δp/ρg=（p0-pA）/ρg。

差壓液位計測量原理如圖1所示。

圖1 差壓液位計測量原理Fig.1 Measuring principle of differential pressure level Meter

差壓式液位計的優(yōu)點為結(jié)構(gòu)及測量原理簡單、線性化、安裝方便且后期維護工程量小，維護成本較低；其缺點為需對設(shè)備側(cè)壁進行開孔以安裝測量儀表，由于其受介質(zhì)密度和溫度影響很大，所以在介質(zhì)密度、溫度有波動的工況中常常精度比較差。為應(yīng)對此種情況，需安裝配備其他測量儀表。因此成功搭建一套完善的靜壓測量系統(tǒng)總價相對會很高。

對于甲醛易聚合生成固態(tài)物質(zhì)而失去壓力傳遞，無法測量出其液位，故不適合用于甲醛液位測量。

2.2 鋼帶式液位計

鋼帶式液位計是基于力學平衡原理的機械式液位計。鋼帶牽連的浮子受到重力、浮力和恒定拉力的作用，處于準平衡靜止狀態(tài)，之后隨著液位的不斷變化，浮子也會不斷達到新的動態(tài)平衡，再由檢測裝置指示出液位值。在常規(guī)的測量中，需導向固定浮子。此外，測量鋼絲需直接固定在罐底以減少因浮子隨液面的晃動所帶來的測量誤差。

鋼帶式液位計測量原理如圖2所示。

圖2 鋼帶式液位計測量原理Fig.2 Measuring principle of steel belt level Meter

鋼帶式液位計結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、量程范圍大。但機械裝置較復雜且冬季易受介質(zhì)聚合影響，鋼帶導輪、變送機構(gòu)易卡澀，促使運行的維護量增大。

對于甲醛液位測量，由于甲醛粘稠，測量鋼絲和浮子很容易被附住而不能隨液面上升或下降，從而失去液位測量功能。故不適合甲醛液位測量。

2.3 伺服液位計

在大型儲罐液位的高精度測量中，伺服液位計一直被廣泛地使用。其工作原理是通過將鋼絲牽連浮子浸入一定深度，在該深度下，浮子重力、測量鋼絲拉力及被測液體的浮力達到動態(tài)平衡。而當液面發(fā)生變化時，測量浮子所受的浮力也相應(yīng)會跟著出現(xiàn)變化，促使測量鋼絲拉力發(fā)生變化，力感應(yīng)器會根據(jù)測量鋼絲上的拉力變化，使伺服電機以固定步幅動作放下或拉卷測量鋼絲，促使浮子持續(xù)跟蹤液面變化，內(nèi)部計數(shù)器同步自動記錄伺服電機的動作步數(shù)，進而計算出液位的變化量，從而實現(xiàn)精確測量。生產(chǎn)過程中需要導向管兩端與罐體內(nèi)壁固定，以導向和保護測量鋼絲和浮子。

伺服液位計具有高精度、高穩(wěn)定性、寬量程的優(yōu)點，源于有導向管的因素，測量值無需修正，其缺點是安裝相對復雜，初次調(diào)試麻煩，投資成本昂貴，在測量粘稠度較高的介質(zhì)會存在誤差。

對于甲醛液位測量，同樣因甲醛粘稠的原因，故伺服液位計不適合對甲醛液位進行測量。

2.4 雷達液位計

雷達液位計是通過向被測介質(zhì)的液面發(fā)射超高頻電磁波，電磁波碰到液面后會反射回來，通過檢測電磁波及電磁回波的時差，從而計算出液位。雷達液位計測量儲罐液位，不受介質(zhì)粘稠、有毒等因素影響，安裝施工比較簡單方便。但由于電磁波是從液面返回接收，如果在液面中有盤管等突出物，對于雷達波會有一定的影響。且如果測量介質(zhì)在天線表面產(chǎn)生結(jié)露，將會直接影響到測量精度，因而需要定期對雷達喇叭口天線進行有效維護，當然也可選帶空氣吹掃裝置的天線結(jié)構(gòu)來防止結(jié)露，或選用特殊密閉設(shè)計的天線系統(tǒng)以減小維護量。

雷達液位計測量原理如圖3所示。

圖3 雷達液位計測量原理Fig.3 Radar level Meter measurement principle

2.5 超聲波液位計

超聲波液位計是利用高頻脈沖聲波和遇到被測液面被反射折回的回波，反射回波再轉(zhuǎn)換成電信號。超聲波液位計適用于大部分液體及粉狀顆粒狀固體測量，不受粘度、密度影響。其優(yōu)勢在于無機械可動部件，可靠性高，安裝簡單方便，但有盲區(qū)的因素，也使得不可使用超聲波液位計用于測量壓力容器和易揮發(fā)性介質(zhì)。另外，如果被測環(huán)境中存在蒸汽、揮發(fā)性介質(zhì)等都將會極大地影響測量精度。而在儲罐液位偏低時，可能會發(fā)生低液位測量盲區(qū)或測量精度降低的情況。

超聲波液位計工作原理如圖4所示。

圖4 超聲波液位計工作原理Fig.4 Working principle of ultrasonic level Meter

3 幾種液位計的比較

綜上所述，對于甲醛罐的液位計選型，從測量原理、優(yōu)缺點，價位以及不同場合下的選擇分別進行了詳細闡述。

液位計比較見表1。

表1 液位計比較Table 1 Comparison of level meter

經(jīng)綜合考慮分析，最終選取雷達液位計來測量甲醛罐液位，既安裝簡單，不需要在罐體上新開孔，又可以利用罐體上原有的人孔進行安裝，不與甲醛介質(zhì)接觸，不受介質(zhì)影響。但是基于新疆的氣象條件，低氣溫可能會存在冷凝液附著在罐壁，對測量精度有影響，因此需要人工進行擦拭清潔。

4 結(jié) 語

眾所周知，液位計的選型受到現(xiàn)場環(huán)境，使用工況，施工安裝情況以及后期維護等因素的影響，不可能存在一款理想型液位計應(yīng)對所有生產(chǎn)工況。以上幾種液位計選型相同，只有針對具體工況的要求，具體問題具體分析，抓住需要解決的主要問題，實際問題就會迎刃而解。