一種雙層罐車（低溫）表盤： 差壓式液位計(jì)檢驗(yàn)工藝及方法分析

魏元生

（山西省檢驗(yàn)檢測中心（山西省標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量技術(shù)研究院）特種設(shè)備檢驗(yàn)技術(shù)研究所，山西 太原 030031）

為滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，我國危化品物流運(yùn)輸已形成多樣化、多品種、多形態(tài)的格局。由公路、鐵路運(yùn)輸發(fā)展為公路、鐵路、海運(yùn)、航空運(yùn)輸、管道輸送等多樣化運(yùn)輸形式。運(yùn)輸?shù)钠贩N也由不易燃、不易爆、無毒向易燃、易爆、有毒、劇毒多品種方向發(fā)展，運(yùn)輸?shù)男螒B(tài)也由單一的液體、固態(tài)發(fā)展為液體、固態(tài)、氣態(tài)、液化氣體（相變）多形態(tài)方向發(fā)展。其中，尤以公路運(yùn)輸危險(xiǎn)巨大，公路運(yùn)輸多以常壓罐車和帶壓罐車為主。其中，低溫帶壓罐車的相變液體過量充裝會帶來罐內(nèi)壓力增高、罐內(nèi)介質(zhì)浪涌變大、罐車上坡和下坡難以控制、牽引車牽引力不夠、走行裝置超載等安全運(yùn)輸問題，危害非常嚴(yán)重。如何控制其充裝不超過最大充裝量，就必須對其液位計(jì)進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。目前全國大部分檢驗(yàn)單位基本上沒有什么好的檢驗(yàn)器具和檢驗(yàn)辦法，本文介紹了一種適用的檢驗(yàn)低溫罐車液位計(jì)的檢驗(yàn)裝置和辦法（已取得實(shí)用新型專利，專利號：ZL2021 2 1925436.3）。

1 表盤——差壓式液位計(jì)工作原理

（1）容器中盛有液體介質(zhì)時(shí)，由靜力學(xué)可知，介質(zhì)對容器在各個(gè)方向上產(chǎn)生靜壓力。當(dāng)液體密度均勻（不考慮溫度對密度的影響），由于重力作用而產(chǎn)生的靜壓力與介質(zhì)的高度成正比。

如果是敞口容器，則底部承受壓力為：P=（P。+ρgh）-P。=ρgh

其中：P——容器底部的靜壓力mm水柱

P。——大氣壓力mm水柱（容器內(nèi)、外大氣壓力相抵消）

ρ——介質(zhì)密度Kg/m3

g——重力加速度Kgf/cm2

h——液體液位高度mm

由于介質(zhì)密度（密度不受溫度影響時(shí)）、重力加速度均為常數(shù)，這時(shí)壓力和介質(zhì)高度成正比例線性關(guān)系。

（2）密閉容器中盛有液體介質(zhì)時(shí)，由靜力學(xué)可知，雖然介質(zhì)也對容器各個(gè)方向產(chǎn)生靜壓力，但與敞口容器有區(qū)別。

如果是密閉容器，則底部承受壓力為：P=P’+ρgh=（P”-P。）+ρgh

P——容器底部的靜壓力mm水柱

P’——容器氣相空間氣體壓力減去大氣壓力即表壓力mm水柱

P”——容器氣相間氣體壓力mm水柱

ρ——介質(zhì)密度Kg/m3

g——重力加速度Kgf/cm2

h——液體液位高度mm

由于介質(zhì)密度（密度不受溫度影響時(shí)）、重力加速度、密閉容器氣相間氣體壓力與大氣壓力的差值均為常數(shù)，這時(shí)壓力和介質(zhì)高度在附加常數(shù)上依然成正比例線性關(guān)系。

（3）表盤——差壓式液位計(jì)工作原理。

表盤——差壓式液位計(jì)就是解決密閉容器中介質(zhì)液相液位高低的一種壓力遠(yuǎn)傳檢測儀表，而利用差壓式液位計(jì)工作原理來檢測差壓式液位計(jì)精度的系統(tǒng)就是差壓式液位計(jì)檢測裝置。

表盤——差壓式液位計(jì)工作原理：由上述密閉容器壓力分析可知，表盤——差壓式液位計(jì)是利用容器內(nèi)液位發(fā)生變化時(shí)，液相和氣相產(chǎn)生的壓力變化的差值就反映了液位變化。對一定溫度下（固定地方）的液相介質(zhì)，其密度不發(fā)生變化；大氣壓力不發(fā)生變，容器內(nèi)的氣壓也不發(fā)生變化。那么，只能是氣相壓力和液相壓力的變化差值，反映了液相液位變化。而液相液位變化就表示密閉容器內(nèi)的盛裝量發(fā)生了變化。這樣，就便于我們解決密閉容器最大盛裝量的問題。

2 表盤——差壓式液位計(jì)現(xiàn)場檢驗(yàn)裝置

（1）表盤——差壓式液位計(jì)檢測系統(tǒng)的構(gòu)成：由氣相連接口、液相連接口、氣相與液相間的平衡管、1個(gè)中心板（中心板兩端連接氣相波紋管組件和液相波紋管組件）、波紋管組件（包括1對或2對彈簧元件，高、低壓波紋管間用1個(gè)中心軸相連）、中心軸組件（中心軸與裝在中心板內(nèi)的扭力管組件正交，整個(gè)腔體充滿工作液、扭力組管件的輸出軸通過連桿機(jī)構(gòu)與鐘表系統(tǒng)連接）、鐘表系統(tǒng)（芯軸上安裝指針直接在園刻度表盤上讀值），并且在高低壓波紋管組件的外端分別裝有帶管接頭的壓力罩。盤式——差壓式液位計(jì)內(nèi)部是由氣相和液相2個(gè)波紋管各自連接氣相與液相連接管，氣相和液相壓力變化時(shí)，波紋管由于壓力不同，發(fā)生不同的位移變化，產(chǎn)生壓差，在此壓差下扭力組管件帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)機(jī)使表指針相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，在表盤上顯示一個(gè)液位數(shù)據(jù)。

（2）差壓式液位計(jì)現(xiàn)場檢驗(yàn)裝置：由儲液罐（介質(zhì)：水）、氮?dú)馄俊庀噙B通管（2套）、液相連通管（2套）、平衡管（2套）、水泵（2臺）、水箱（1個(gè)）、板式液位計(jì)、壓力表（3塊）、流量計(jì)（2個(gè)）組成。裝置詳見圖1。

圖1

安裝完成后進(jìn)行氣密試驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)，確保系統(tǒng)無漏氣、泄壓、回流現(xiàn)象。各閥門無卡死現(xiàn)象。

（3）表盤差壓式液位計(jì)現(xiàn)場檢驗(yàn)工作流程及方法。

①現(xiàn)場工作流程

a給密閉容器（儲罐）用氮?dú)饧訅旱揭欢▔毫，打開水泵給儲罐加液到氣相空間壓力P。時(shí)，記錄板式液位計(jì)液位值H。

b打開水泵給儲罐加液到氣相空間壓力P1時(shí)，記錄板式液位計(jì)液位值H1。打開經(jīng)檢定合格和需檢定的盤式液位計(jì)氣相連管、液相連管，關(guān)閉平衡管，記錄此時(shí)2塊液位計(jì)刻度計(jì)數(shù)A1、A2（A1或等于A2），泄壓至P。，板式液位計(jì)液位值恢復(fù)到H。

C打開水泵給儲罐加液到氣相空間壓力P2，記錄板式液位計(jì)液位值H2，打開檢定合格和需檢定的盤式液位計(jì)氣相連管、液相連管，關(guān)閉平衡管，記錄此時(shí)兩快液位計(jì)刻度計(jì)數(shù)A11，、A22，（A11，或等于A22，），泄壓至P。，板式液位計(jì)液位值恢復(fù)到H。

經(jīng)3次以上反復(fù)此過程，記錄多次數(shù)據(jù)后，用需檢定的液位計(jì)與檢定合格的液位計(jì)數(shù)據(jù)比對分析，數(shù)據(jù)一致或誤差在范圍內(nèi)，需檢定的液位計(jì)檢驗(yàn)合格。

②檢定方法

采用檢定合格的標(biāo)準(zhǔn)表與檢定表進(jìn)行比對的檢測方法，由P1V1=P2V2，若P1/P2=C（C為常數(shù)），則H1/H2=C，同時(shí)A1/A2，=A11/A22，=C，表示檢定表與標(biāo)準(zhǔn)表檢定數(shù)據(jù)一致，檢定合格。或使用相對誤差與絕對誤差進(jìn)行分析：即|A1-A2|與|A1-A2|/A1,|A11-A22|與|A11-A22|/A11進(jìn)行誤差分析，控制其誤差在范圍內(nèi)，即為合格。

3 單層罐車浮球式液位計(jì)檢驗(yàn)的現(xiàn)實(shí)意義

（1）低溫罐車結(jié)構(gòu)簡圖（如圖2所示）

圖2

低溫罐車是由臥式放置的儲罐和底盤大架組成。

（2）密閉容器中液位與重量關(guān)系

由儲罐內(nèi)液體積計(jì)算公式：V=V1+V2，m3；

V1=πD2LK/4，m3；

V2=0.2155H2*1.5D-H），m3；

V=V1+V2=πD2LK/4+0.2155H2*（1.5D-H）=πDHL/4+0.2155H2*（1.5D-H）m3；

其中：D——儲罐直徑mm，L——儲罐兩封頭環(huán)焊縫間距離mm，K——系數(shù)，K=H/D,H——液位mm。

由此可以計(jì)算出不同液位高度的液體體積，體積通過一定溫度下的密度又可以和重量對應(yīng)，就可以通過精確檢測液位計(jì)，達(dá)到控制精確液位，從而控制液體體積，也就是控制最大充裝量。

（3）實(shí)際應(yīng)用

對于不同的低溫液體，有不同的充裝系數(shù)。在不同溫度下，又有不同的密度。我們通常指常溫下的狀態(tài)，即在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，環(huán)境溫度為20℃的條件。在實(shí)際工作中，為了方便裝卸操作，給出各種不同液體在一定溫度下的液位——體積曲線圖，通過圖可以查出不同液位下的體積，換算出此時(shí)的重量，以LNG低溫罐車為例。

圖3

低溫液體重量：G=ρ*V，其中：V——表中查出的對應(yīng)于液位計(jì)記錄的液位高度Hmm時(shí)液體的體積，單位：m3；ρ——對應(yīng)于一定溫度下的低溫液體密度，單位：kg/m3。

4 液位計(jì)常見問題及建議

（1）儀表靜置時(shí)，指針偏移零上或零下幾小格，應(yīng)當(dāng)對指針進(jìn)行調(diào)零。

（2）罐車內(nèi)液體高度變化時(shí)，儀表指針停止于某刻度不動(dòng)。傳感元件或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問題，應(yīng)當(dāng)更換損壞的零件。

（3）關(guān)閉平衡閥，儀表處于工作狀態(tài)時(shí)，儀表指針停止于滿刻度或零位以下不動(dòng)。氣相連管、液相連管可能充氣堵塞或平衡管未關(guān)斷。

（4）使用過程中指針跳動(dòng)，氣相連管、液相連管可能漏氣或平衡管管路漏氣。

（5）表盤內(nèi)出汗，液相波紋管有泄漏。

5 結(jié)語

低溫罐車盤式液位計(jì)檢測不僅是《移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定的檢驗(yàn)項(xiàng)目，其計(jì)量是否準(zhǔn)確，關(guān)乎危險(xiǎn)化學(xué)品液體充裝量是否正確，關(guān)乎相變液體是否超裝，關(guān)系到罐車運(yùn)輸?shù)陌踩P(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全，關(guān)鍵儀表的檢測，既是檢測的死點(diǎn)，也是檢測的難點(diǎn)，同時(shí)也是低溫罐車現(xiàn)場檢驗(yàn)的盲點(diǎn)，其檢測方法和裝置更是檢測研究的目標(biāo)。