摘要：液氨罐液位計(jì)在各類儲(chǔ)罐中的使用量特別大，凱銘儀表則是針對(duì)于某石化企業(yè)的低溫儲(chǔ)存方式的乙烯球罐在低溫情況下使用液氨罐液位計(jì)容易產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象，影響儀表的正常測(cè)量這一難題而采取的改造方案，這一改造方案徹底解決了液氨罐液位計(jì)應(yīng)用于低溫物料儲(chǔ)存時(shí)結(jié)冰的情況, 為低溫物料儲(chǔ)存采用液氨罐液位計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為許多遇到同類問(wèn)題的用戶提供了非常好的思路。

蘭州石化460kt/a乙烯裝置配套的液態(tài)烴罐區(qū)于2014年3月1日破土動(dòng)工, 2015年7月建成投產(chǎn)。液態(tài)烴罐區(qū)共有14具球罐, 分別用于儲(chǔ)存乙烯、丙烯、裂解碳四、抽余碳四、丁烯一、碳五等中間產(chǎn)品, 其中用于儲(chǔ)存液相乙烯的有6具容積為1500m3的球罐, 儲(chǔ)存條件為壓力：1.65~1.75MPa；溫度一30~一36℃, 球罐本體材質(zhì)為低溫鋼07MnNiCrMoV。為了保證球罐的安全穩(wěn)定運(yùn)行, 每一具球罐均安裝有雙液位計(jì), 一種是伺服液位計(jì), 另一種是液氨罐液位計(jì)。

1、運(yùn)行現(xiàn)狀

球罐自2006年6月建成投用以來(lái), 丙烯、裂解碳四、抽余碳四、丁烯一、碳五球罐的兩套液位計(jì)運(yùn)行比較正常, 兩套液位計(jì)互為備用, 一旦其中一套液位計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題, 另一套能夠正常指示, 為崗位操作工提供操作依據(jù)。而乙烯球罐(R301A-F)自投用以來(lái), 由于設(shè)計(jì)制造方面存在缺陷, 沒(méi)有充分考慮乙烯低溫儲(chǔ)存的特殊條件, 磁翻板液面計(jì)表面掛霜結(jié)冰嚴(yán)重, 刻度被冰層包裹, 根本無(wú)法看到液位指示, 只能夠根據(jù)伺服液位計(jì)的指示進(jìn)行操作。在伺服液位計(jì)定期校對(duì)、失靈或者檢修時(shí), 無(wú)法正常操作, 給球罐的運(yùn)行帶來(lái)很大的安全隱患。

2、缺陷改造

為了保證乙烯球罐安全穩(wěn)定運(yùn)行, 投用初期液氨罐液位計(jì)結(jié)冰就很嚴(yán)重, 開(kāi)始以為是由于施工時(shí)保冷材料沒(méi)有安裝好、保冷材料的厚度不夠等原因造成的, 因此對(duì)保冷材料全部重新安裝并增加了保冷材料的厚度, 但效果不明顯。后又組織崗位操作工對(duì)液氨罐液位計(jì)上的冰定期進(jìn)行人工清理, 由于乙烯球罐容積大（1500m3），液位計(jì)長(zhǎng)約12米，清理難度非常大，在清除作業(yè)過(guò)程中涉及高空等危險(xiǎn)作業(yè)，增加了員工的工作危險(xiǎn)性和勞動(dòng)強(qiáng)度，而且經(jīng)過(guò)人工清理的液位計(jì)在運(yùn)行3~4小時(shí)后，又開(kāi)始掛霜結(jié)冰，運(yùn)行周期太短。另外每次在清除結(jié)冰的過(guò)程中, 都會(huì)對(duì)磁翻板液面計(jì)和閥座有所損傷, *終可導(dǎo)致磁翻板液面計(jì)損壞報(bào)廢。后來(lái)又嘗試切斷液面計(jì)根部閥切斷, 采用自然化冰的方式來(lái)清除掛冰, 這樣雖然減小了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度, 但這種辦法除冰時(shí)間太長(zhǎng),對(duì)安全生產(chǎn)不利。為了徹底解決磁翻板掛冰的現(xiàn)象, 經(jīng)過(guò)反復(fù)論證, 技術(shù)人員提出用工廠空氣進(jìn)行吹掃的方案并在其中一具乙烯球罐上進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用工廠空氣連續(xù)吹掃掛冰的液位計(jì), 基本能夠徹底解決液氨罐液位計(jì)掛冰。

試驗(yàn)于2015年10月初開(kāi)始,2015年12月底結(jié)束，實(shí)驗(yàn)初期由于氣溫加高（約25°C），防止結(jié)冰的效果好；到了冬季嚴(yán)寒季節(jié)，又暴露出由于工廠空氣帶水仍然出現(xiàn)使液位計(jì)結(jié)冰現(xiàn)象。針對(duì)上述情況, 考慮對(duì)工廠空氣進(jìn)行加熱, 并于2016年1月又經(jīng)過(guò)為期個(gè)月的試驗(yàn)和觀察, 嚴(yán)寒季節(jié)磁翻板結(jié)冰也得到徹底解決。圖1為冬季所拍攝的照片, 與改造前相比效果非常好。

圖1 液位計(jì)改造后的照片

液氨罐液位計(jì)改造后的現(xiàn)場(chǎng)情況

此次試驗(yàn)的成功為徹底解決乙烯球罐磁翻板結(jié)冰提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn), 因此將試驗(yàn)期間所用的臨時(shí)管線和設(shè)備經(jīng)過(guò)進(jìn)一步完善, 于2016年4月底完成全部乙烯球罐（R301A-F）液氨罐液位計(jì)的改造, 液位計(jì)上的空氣吹掃管為自制設(shè)備, 進(jìn)氣端裝一閥門用于調(diào)節(jié)空氣量, 另一端封閉, 在靠進(jìn)液位計(jì)翻板側(cè)每間斷開(kāi)5cm一個(gè)中的孔用于空氣吹掃為保證吹掃空氣的溫度在加熱器出人口增加一旁線, 流程見(jiàn)圖2。

乙烯球罐（R301A-F)液氨罐液位計(jì)全部改為工廠空氣吹掃后, 液氨罐液位計(jì)的指示非常準(zhǔn)確和清楚。系統(tǒng)所用工廠空氣由乙烯裝置工廠空氣管網(wǎng)提供, 加熱熱源利用球罐區(qū)低壓蒸汽凝液, 參數(shù)如下:

(1)工廠空氣:0.6mpA,常溫

(2)低壓蒸汽壓力:0.35MPa, 溫度140℃。

經(jīng)過(guò)摸索和觀察, 工廠空氣吹掃系統(tǒng)夏季可以不開(kāi)換熱器, 冬季氣溫較低時(shí)可將換熱器投用, 保證吹掃空氣的溫度在35~40℃即可滿足工藝要求, 由于利用了低壓蒸汽凝液余熱, 不消耗蒸汽是此次改造的一大亮點(diǎn)。

一、本文概述

液氨罐液位計(jì)在各類生產(chǎn)罐區(qū)是一種特別常見(jiàn)的液位儀表，不僅適合于現(xiàn)場(chǎng)液位數(shù)據(jù)的直接觀測(cè)，也方便通過(guò)配置相應(yīng)的遠(yuǎn)傳裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，讀數(shù)直觀、觀測(cè)無(wú)盲區(qū)、安裝使用維修方便，且液位指示器與測(cè)量介質(zhì)完全隔離等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在石油、化工、電力、冶金、醫(yī)藥等行業(yè)的液位測(cè)量中。但對(duì)于在環(huán)境溫度很低的煉油廠液化汽球罐區(qū)，目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的磁浮子液位計(jì)，存在很多安全問(wèn)題，特別是低溫凍結(jié)浮球?qū)е聼o(wú)法顯示液位的問(wèn)題，

其工作原理源于浮力和磁性耦合。以前傳統(tǒng)老式產(chǎn)品都是采用下端浮子腔為一盲腸結(jié)構(gòu)不過(guò)由種種原因，其設(shè)備盲腸在在石油石化系統(tǒng)是一大安全隱患，因?yàn)楣艿乐袦y(cè)量介質(zhì)的具有腐蝕性雜質(zhì)的積聚會(huì)對(duì)該處焊縫產(chǎn)生應(yīng)力，腐蝕開(kāi)裂；并且長(zhǎng)期測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量介質(zhì)中的水分會(huì)在該處沉降，冬季來(lái)臨時(shí)溫度過(guò)低，便會(huì)產(chǎn)生凍凝的風(fēng)險(xiǎn)，這些隱患時(shí)刻威脅著企業(yè)的安全。筆者通過(guò)本文提出了一種新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，它其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)摒棄了傳統(tǒng)的盲腸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以*大限度地減少測(cè)量管內(nèi)的腐蝕性雜質(zhì)的沉積，減少浮球室內(nèi)積水，以防止浮球被浮球室內(nèi)的積水凍住，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷、使用安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。徹底克服了老式磁浮子液位計(jì)的一些缺點(diǎn)，特別適用于煉油、化工廠球罐裝置上的液位測(cè)量。

二、結(jié)構(gòu)原理與工作方式

液氨罐液位計(jì)主要由主導(dǎo)管、液位指示器、磁浮球、排污閥等部件組成。該系列液位計(jì)是根據(jù)液體對(duì)磁性浮子產(chǎn)生浮力及磁性耦合的原理設(shè)計(jì)和制造的。磁性浮子置于不導(dǎo)磁的主導(dǎo)管內(nèi)，通過(guò)主導(dǎo)管內(nèi)介質(zhì)的浮力作用，使浮子隨著液位上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)主導(dǎo)管外的液位指示器作同步升降來(lái)顯示液體的位置。該系列產(chǎn)品除了配上指示標(biāo)尺作就地指示外，還可以配備報(bào)警開(kāi)關(guān)和信號(hào)遠(yuǎn)傳裝置，前者作高低報(bào)警用，后者可將液位轉(zhuǎn)換成4 ～ 20mA 的直流信號(hào)送到接收儀表，并有隔爆和本安2 種結(jié)構(gòu)供選擇。

三、現(xiàn)狀分析及存在的問(wèn)題

作為一種廣泛應(yīng)用于石油化工等行業(yè)的承壓儲(chǔ)存設(shè)備，球罐具有應(yīng)力分布均勻、同體積下使用材料*少、占地面積小、規(guī)格從50m3 ～ 10 萬(wàn)m3 應(yīng)有盡有等優(yōu)點(diǎn)[2]，因而在球罐上的液位測(cè)量顯得日益重要。近年來(lái)，液化氣球罐和其他壓力儲(chǔ)罐的就地液位測(cè)量，在油氣儲(chǔ)運(yùn)部門是個(gè)棘手的問(wèn)題，多數(shù)還是一直沿用玻璃板液位計(jì)人工觀測(cè)。這種方法缺點(diǎn)較多:

①如玻璃板液位計(jì)本身的質(zhì)量不高，包括閥門、管接頭等，常會(huì)發(fā)生泄漏；

②在液化氣輸送中因管道和罐體被硫化物腐蝕， 生成的雜質(zhì)常堵塞玻璃板液位計(jì)；

③ 測(cè)量結(jié)果誤差較大。現(xiàn)在正逐漸選用基于磁耦合原理設(shè)計(jì)的液氨罐液位計(jì)代替玻璃板液位計(jì)，此液位計(jì)是基于阿基米德定理，磁性浮子在液體中產(chǎn)生浮力，根據(jù)磁鐵同性相斥，異性相吸的性質(zhì)制成[3]。但傳統(tǒng)的液氨罐液位計(jì)也存在一些弊端，如其下端浮子腔為盲腸結(jié)構(gòu)，設(shè)備盲腸在石油石化系統(tǒng)是1 個(gè)大的安全隱患，介質(zhì)腐蝕物的積聚對(duì)該處焊縫產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，介質(zhì)中的水分在該處沉降，冬季有產(chǎn)生凍凝的風(fēng)險(xiǎn)，這些隱患時(shí)刻威脅著企業(yè)的安全。

四、 方案設(shè)計(jì)介紹

無(wú)盲腸液氨罐液位計(jì)是*新研發(fā)的一種新型磁性液位儀表，如圖1 所示。

它采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并充分利用了防凍液氨罐液位計(jì)和磁性真空液位計(jì)2 個(gè)**產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，徹底克服了老式液氨罐液位計(jì)的一些缺點(diǎn)，特別適用于煉油、化工廠球罐裝置上液位的測(cè)量。其浮子腔的設(shè)計(jì)，消除了盲腸結(jié)構(gòu)帶來(lái)的應(yīng)力腐蝕、結(jié)垢、凍凝問(wèn)題。本實(shí)用新型技術(shù)方案所能達(dá)到的有益效果是：由于液相連接管與排污管的底側(cè)部相連通，貯存罐處在低溫環(huán)境下也無(wú)需外部加熱，當(dāng)貯存罐內(nèi)液體介質(zhì)的液位低于主導(dǎo)管的液相連接孔時(shí)，液體介質(zhì)可全部回流至貯存罐內(nèi)，不會(huì)滯留在主導(dǎo)管內(nèi)，也就不會(huì)出現(xiàn)液體介質(zhì)結(jié)冰凝固浮球而無(wú)法顯示液位的現(xiàn)象，保證了磁性翻板液位計(jì)在低溫環(huán)境下仍能正常使用。頂端浮子腔的設(shè)計(jì)、浮子上浮的氣阻尺寸均經(jīng)過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)，測(cè)量精準(zhǔn)達(dá)到100% 準(zhǔn)確，如圖2 所示。

下連通管與容器接管為同一平面，介質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生沉積物，避免普通液位計(jì)經(jīng)常清洗易燃易爆介質(zhì)帶來(lái)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

防凍液氨罐液位計(jì)。其原理為真空隔溫結(jié)構(gòu)，夏季防曬，冬季防凍，主體管采用厚壁設(shè)計(jì)，保證內(nèi)外壓差的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。對(duì)冬季無(wú)熱源伴熱或伴熱溫度對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生汽化的場(chǎng)合特別適用。防凍磁性翻板液位計(jì)，包括有主導(dǎo)管、磁浮球、法蘭盤和排污閥，磁浮球位于主導(dǎo)管內(nèi)，主導(dǎo)管的壁殼由內(nèi)外雙層壁殼體構(gòu)成，在該內(nèi)外雙層壁殼體之間形成密閉的腔室；主導(dǎo)管上開(kāi)設(shè)有汽相連接孔和液相連接孔，該汽相連接孔和液相連接孔將主導(dǎo)管的內(nèi)部與外部相連通；主導(dǎo)管上還設(shè)置有抽負(fù)壓管，該抽負(fù)壓管與密閉的腔室相連通，密閉的腔室由環(huán)繞的側(cè)壁腔室和與其相連通的底部腔室構(gòu)成。

液氨罐液位計(jì)，主要包括主導(dǎo)管、液位顯示器和磁浮球。主導(dǎo)管壁殼由雙層殼體構(gòu)成，在該雙層殼體之間形成密閉的腔室，主導(dǎo)管上開(kāi)設(shè)有汽相連接孔和液相連接孔，該汽相連接孔和液相連接孔將主導(dǎo)管的內(nèi)部與外部相連通。本實(shí)用新型技術(shù)采用上述解決方案所能達(dá)到的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將主導(dǎo)管的壁殼制作成其間設(shè)有腔室的雙層殼體，再將該腔室抽成真空，如圖3 所示。

這樣就可以通過(guò)該真空的腔室將主導(dǎo)管外的環(huán)境溫度隔絕在主導(dǎo)管外，使得主導(dǎo)管內(nèi)的液體在低溫環(huán)境下無(wú)需通過(guò)外部加熱來(lái)防止其凝固，在高溫環(huán)境下某些液體介質(zhì)也不會(huì)產(chǎn)生影響。

五、無(wú)盲腸磁性翻板液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)分析

1) 產(chǎn)品外型美觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷、精致合理。

2) 主導(dǎo)管內(nèi)上下都裝有保護(hù)彈簧，可防止浮球撞壞。

3) 下法蘭旁管采用獨(dú)特的無(wú)盲腸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以*大限度地減少浮球室內(nèi)積水，以防止浮球被浮球室內(nèi)的積水凍住。

4) 主導(dǎo)管采用獨(dú)特的抽真空技術(shù)，達(dá)到絕熱保溫的作用，特別適用于低溫工況下使用。

5) 采用稀土材料特制的磁鋼，磁力強(qiáng)且不易退磁。

6) 獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使主導(dǎo)管內(nèi)的沉積物直接通過(guò)下連接法蘭進(jìn)入罐內(nèi)，不用清洗。

7) 頂端浮子腔的設(shè)計(jì)，浮子上浮的氣阻尺寸均經(jīng)過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)，測(cè)量精準(zhǔn)達(dá)到100% 準(zhǔn)確。

六、應(yīng)用效果及前景

該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了近一年的試用，各種性能指標(biāo)完全達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并在石化公司油品車間等場(chǎng)所投入使用，效果良好。不僅使產(chǎn)品質(zhì)量和合格率得到了提升，而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性，同時(shí)也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。目前已在**多個(gè)煉油廠油品車間進(jìn)行推廣應(yīng)用，成效顯著。

3、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)此次改造從根本上解決了液氨罐液位計(jì)結(jié)冰嚴(yán)重的現(xiàn)象, 為低溫物料儲(chǔ)存采用液氨罐液位計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn), 同時(shí)為乙烯球罐安全穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其實(shí)如果冬季現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境溫度不會(huì)太低導(dǎo)致翻板刻度指示器結(jié)冰，而只是介質(zhì)溫度較低容易結(jié)晶，那么可以直接選用防凍保溫液氨罐液位計(jì)，更加簡(jiǎn)單也更加節(jié)省成本。