低溫液體貯槽投入式液位計指示故障分析

摘要:介紹了低溫液體貯槽投入式液位計測量原理; 從差壓測量管路組成件的基本結構和功能作用出發(fā)，全面深入的分析了產(chǎn)生各種液位指示故障的原因，并歸納總結成液位故障分析處置表; 為避免出現液位故障，液位測量管線(xiàn)應進(jìn)行恰當的設計、嚴格的制造和正確的使用。

1 前 言

低溫液體貯槽( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)“貯槽”) 用于貯存液氧、液氮、液氬以及 LNG 等深冷液體，其液位測量方法多種多樣，有差壓法、測滿(mǎn)閥法、液位開(kāi)關(guān)閥法，浮子液位計法，安全閥法、溫度計法、伺服液位計法、雷達液位計法以及電容式液位計法等方法，各種液位測量方法有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合 ［1］ ，其中，差壓法#為經(jīng)濟實(shí)用，因而運用#為廣泛。

然而在實(shí)際應用中，投入式液位計指示儀表( 一般指投入式液位計) 經(jīng)常會(huì )出現指示失準或根本無(wú)法指示的故障，給用戶(hù)帶來(lái)諸多不便，嚴重者甚至導致貯槽無(wú)法使用。本文將根據投入式液位計測量基本原理，從液位測量管路組成件的基本結構和功用出發(fā)，全面深入的分析產(chǎn)生液位指示故障的原因，并提出預防或解決液位指示故障的措施和方法。

2 差壓法測量原理

低溫液體貯槽液位差壓測量原理如圖 1，從貯槽頂部接口引出的氣體經(jīng)過(guò)液上閥( A1) 進(jìn)入投入式液位計( LI) 的低壓室; 從貯槽底部接口引出的低溫液體，通過(guò)干式取壓器( QY) 氣化穩壓后，經(jīng)過(guò)液下閥( A3) 進(jìn)入投入式液位計的高壓室。高低壓室的壓差推動(dòng)液位計的指針做旋轉運動(dòng)，從而通過(guò)指針旋轉角度指示壓力差。該壓力差由罐內液體高度產(chǎn)生，其值等于液體靜壓力:

式中，Δp 為罐內液體靜壓力，Pa; ρ 為貯存介質(zhì)密度，kg/m 3 ; g 為重力加速度，m/s 2 ; h 為貯存介質(zhì)高度，m。

由此可見(jiàn)，液位計指針的旋轉角度實(shí)際是由液柱靜壓力引起的，不同角度，代表著(zhù)不同的液位高度。同時(shí)，通過(guò)液上遠傳閥 ( A4) 和液下遠傳閥( A5) ，可將差壓傳遞給變送器，從而將液位信號遠傳至中控室。

3 液位指示故障原因分析

投入式液位計指示故障包括液位計沒(méi)有讀數，液位計讀數與實(shí)際不符( 比如與差壓變送器或測滿(mǎn)閥比較) ，假液位以及液位計指針劇烈跳動(dòng)等多種現象。這些故障可能與圖 1 所示測量管線(xiàn)中的某一個(gè)或幾個(gè)組成件有關(guān)，涉及設計、制造和使用等各個(gè)環(huán)節。

3． 1 液下管線(xiàn)

如圖 1，從干式取壓器引至液位計高壓室的管線(xiàn)為液下管線(xiàn)，它由干式取壓器、液下管道和液下閥組成。

3． 1． 1 干式取壓器

干式取壓器( 簡(jiǎn)稱(chēng)取壓器) 位于液下管與內筒底部的交接處，如圖 1。其功能是把從貯槽#低點(diǎn)引入的液體氣化，并將氣體壓力穩定傳輸到液位計( 或液位變送器) 。取壓器結構多種多樣，一般孔徑較小，特別是某些結構的取壓器結構又特別復雜，因而在使用中，經(jīng)常會(huì )出現阻塞情況。取壓器完全阻塞后，液位計將無(wú)液位指示; 嚴重阻塞時(shí)，液位不能正確指示，通常指示液位會(huì )比實(shí)際液位低。阻塞可能是冰堵和機械堵塞，或者二者兼有之。

3． 1． 1． 1 冰堵

在初次進(jìn)液時(shí)，如果容器內存在水或潮濕空氣，在低溫下將會(huì )凝結成冰，從而阻塞取壓器通道。造成容器內存在水或潮濕空氣原因可能有:

1． 試壓用空氣或氮氣未經(jīng)干燥處理;

2． 運輸過(guò)程中未進(jìn)行充分保護，水或潮濕空氣進(jìn)入;

3． 安裝后未進(jìn)行干燥吹掃和露點(diǎn)檢測。

3． 1． 1． 2 機械堵塞

內容器制造過(guò)程中，焊渣、磨屑等機械雜質(zhì)未清理干凈，使用中隨著(zhù)介質(zhì)流動(dòng)而沉積到取壓器處，從而阻塞通道孔。這種阻塞一般較輕，但當容器內有潮濕空氣時(shí)，極可能發(fā)生機械阻塞 + 冰堵的情形，從而完全阻塞取壓器。

3． 1． 1． 3 未裝設取壓器

由于設計的原因，有些貯槽并未裝設干式取壓器，這可能會(huì )造成:

1． 液位波動(dòng)。這是因為缺少取壓器的穩壓功能。

2． 形成假液位。如貯槽缺少取壓器，低溫液體會(huì )直接進(jìn)入液下管的#低處，液下管的實(shí)際取壓位置可能會(huì )下降 60 ～ 160 mm( 由具體結構決定) ，從而形成假液位。此時(shí)，液位計指示液位比實(shí)際液位高，實(shí)際液位可由指示液位減去假液位得到。假液位雖然不會(huì )影響貯槽性能，但可能會(huì )影響使用者的庫存管理。

3． 1． 2 液下管道

液下管道很少會(huì )出問(wèn)題，如出問(wèn)題，通�？煽紤]以下兩種情況。

3． 1． 2． 1 阻塞

液下管道阻塞的原因和阻塞后的結果與干式取壓器阻塞后相同。由于取壓器接口處結構復雜，孔徑較小，因而阻塞通常都發(fā)生在該處。若該處不阻塞，液下管道基本上就不會(huì )阻塞。

3． 1． 2． 2 泄漏(破裂)

如果使用不合格管材，液下管也存在破裂的可能。液下管道破裂后，導致介質(zhì)泄漏，傳遞到液位計高壓室的壓力減低，液位計讀數將減少; 同時(shí)液下管根部( 靠近外殼) 溫度降低，甚至出現結霜結露現象。

3． 1． 3 液下閥

液下閥很少出現阻塞( 原因與液下管道一樣) ，但作為閥門(mén)，容易出現內漏和外漏( 含接頭處) 問(wèn)題。內漏不會(huì )影響測量; 外漏與液下管破裂一樣，會(huì )導致液位計讀數減少，靠近外殼體的液下管根部溫度降低。

3． 1． 4 液下管線(xiàn)阻塞預防措施

為了避免阻塞的發(fā)生，內罐應做清潔度檢測，徹底去除機械雜質(zhì); 試壓用空氣或氮氣應徹底干燥; 制造完畢的儲罐應正壓封存，充分保護后運輸; 安裝完成后，應檢查密封氣的壓力，無(wú)壓力時(shí)，應重新對貯槽及液位測量管線(xiàn)進(jìn)行徹底吹除。

3． 2 平衡管線(xiàn)

如圖 1，平衡管線(xiàn)連通液下管和液上管，由平衡閥( A2) 及其兩端管道組成。測量時(shí)，液下閥、液上閥開(kāi)啟，平衡閥關(guān)閉; 需要調校液位計時(shí)，液上閥、液下閥關(guān)閉，平衡閥開(kāi)啟; 當平衡管線(xiàn)與液下管線(xiàn)、液上管線(xiàn)同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，低溫液體會(huì )從液下管線(xiàn)、經(jīng)平衡管線(xiàn)、液上管線(xiàn)回流至貯槽頂部，從而形成類(lèi)似于自增壓管線(xiàn)的回路，此時(shí)，液位計指針劇烈波動(dòng)，液下管將迅速降溫結霜。

實(shí)際使用中，液位指示問(wèn)題很多與平衡閥泄漏有關(guān)，平衡閥泄漏通常有內漏( 常見(jiàn)) 和外漏兩種情況:平衡閥嚴重內漏時(shí)，如同平衡閥開(kāi)啟，液位計指針劇烈波動(dòng)，液下管結霜，液位計無(wú)指示或只指示有少量液位; 平衡閥輕微內漏時(shí)，靠近外殼體的液下管根部溫度降低，有可能結露，液位計兩端差壓減小，液位計指示液位低于實(shí)際液位。

平衡閥外漏分兩種情況: 一種是靠近液下管側外漏，如液下管與平衡閥的卡套接頭或焊接接頭泄漏，此時(shí)相當于液下管道破裂，靠近外殼體的液下管根部溫度降低，液位計讀數將減少; 另一種是靠近液上管側外漏，如液上管與平衡閥的卡套接頭或焊接接頭泄漏，此時(shí)相當于液上管道破裂，靠近外殼體的液上管根部溫度降低，液位計讀數將增大。

3． 3 液上管線(xiàn)

如圖 1，從貯槽頂部接口引至投入式液位計低壓室的管線(xiàn)為液上管線(xiàn)，它由液上管道和液上閥組成。由于液上管線(xiàn)不與液體接觸，使用中很少出現液上管線(xiàn)阻塞的情況。

液上管線(xiàn)偶有外漏現象，如液上管道破裂或液上閥外漏，此時(shí)液上管壓力降低，液位計讀數將增大，靠近外殼體的液上管根部溫度降低。另外，液上閥也會(huì )出現內漏現象，但不會(huì )影響正常測量。

3． 4 投入式液位計

目前，貯槽上采用的投入式液位計大多是成都蘭石、新蘭石或進(jìn)口美國巴頓的產(chǎn)品，該類(lèi)產(chǎn)品在其關(guān)鍵元件中心板兩端連接低壓波紋管組件和高壓波紋管組件，是較為精密的液位測量?jì)x表。投入式液位計

常見(jiàn)的問(wèn)題是指針不歸零和液位計損壞。液位計指針不歸零應調校，否則會(huì )出現假液位。假液位( 應排除密度影響) 常見(jiàn)現象如下:

1． 液位計指示滿(mǎn)液位時(shí)，測滿(mǎn)管尚不能?chē)姵鲆后w;

2． 未指示滿(mǎn)液位時(shí)，測滿(mǎn)管已噴出液體;

3． 液位計指示尚有液體，實(shí)際上已無(wú)液體。

液位計損壞應返廠(chǎng)維修。通常在充排液過(guò)程中，如管路正常而液位計指針未跟隨擺動(dòng)時(shí)，則應判斷為液位計損壞。另外，現場(chǎng)液位也可與中控室液位進(jìn)行比較分析，綜合判斷液位計是否損壞。

3． 5 遠傳管線(xiàn)及差壓變送器

從液上遠傳閥( A4) 引至差壓變送器的為液上遠傳管線(xiàn)，該管線(xiàn)泄漏將使遠傳液位增大，靠近外殼體的液上管根部溫度降低; 從液下遠傳閥( A5) 引至差壓變送器的為液下遠傳管線(xiàn)，該管線(xiàn)泄漏會(huì )引起遠傳液位偏小，靠近外殼體的液下管根部溫度降低。注意不管是液上遠傳還是液下遠傳泄漏，均會(huì )影響到變送器的讀數和就地液位計的指示，這在實(shí)際中也時(shí)有發(fā)生。

4 液位故障歸納處置表

基于上節對貯槽液位故障原因的分析，為了便于故障處理，這里將故障現象、原因和處理措施進(jìn)行分析、歸納和總結，整理成表，見(jiàn)表 1。

5 液位指示故障預防措施

盡管液位計指示故障原因多種多樣，但簡(jiǎn)單歸納起來(lái)，只有三點(diǎn): 設計、制造和使用。只要這三個(gè)方面做好了，就可以避免液位指示故障。

5． 1 設計、制造

貯槽生產(chǎn)廠(chǎng)家應對由設計、制造導致的液位指示故障負責。廠(chǎng)家應采取以下措施，避免液位指示故障:

1． 合理設計干式取壓器;

2． 液下、液上管取樣口院秒進(jìn)排液口和氣體放空口［2］ ;

3． 液上、液下取樣口、測滿(mǎn)口設置正確;

4． 適當增大液下管管徑;

5． 選用優(yōu)質(zhì)儀表閥;

6． 測量管路應嚴格進(jìn)行氣密性檢驗，可通過(guò)涂肥皂水方法檢查;

7． 測量管線(xiàn)進(jìn)行徹底吹除，露點(diǎn)應達標;

8． 液位計運輸安裝時(shí)，應小心謹慎，不可碰撞和敲打。使用前應先檢查指針是否對零，安裝時(shí)注意垂直于地面。

5． 2 使用

貯槽的使用者應知曉投入式液位計測量的原理和操作程序，重點(diǎn)注意事項如下:

1． 貯槽使用前應檢查密封氮氣壓力，如無(wú)則應重新吹掃置換，檢查測量管線(xiàn)露點(diǎn)是否達標。

2． 液位計使用時(shí)，應嚴格遵守開(kāi)停步驟: 當液上、液下閥及平衡閥都關(guān)閉的情況下，應先打開(kāi)平衡閥，然后慢慢開(kāi)啟液下閥、液上閥，#后及時(shí)關(guān)閉平衡閥。達到穩定后，指針指示讀數即為該貯槽液面高度。

3． 定期調校液位計。

4． 操作人員應進(jìn)行適當培訓。

6 結 語(yǔ)

貯槽液位指示故障與各液位測量管線(xiàn)組成件密切有關(guān)，為避免出現液位指示故障，各組成件應進(jìn)行恰當的設計、嚴格的制造并被正確使用。