磁致伸縮液位計(jì)在二硫化碳儲(chǔ)罐防溢液方案設(shè)計(jì)探討

摘　要 ：對(duì)二硫化碳儲(chǔ)存中補(bǔ)水罐（水密封罐）出現(xiàn)溢流液的問題，設(shè)計(jì)采用磁致伸縮液位計(jì)進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警的防溢液方案，為及時(shí)處理溢流液的問題提供了有利條件。上海自動(dòng)化儀表分析了儲(chǔ)罐防溢液設(shè)計(jì)方案原理，探討了檢測(cè)儀表工作原理、性能指標(biāo)、注意事項(xiàng)及應(yīng)用效果。實(shí)際應(yīng)用表明防溢液設(shè)計(jì)方案能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出儲(chǔ)罐溢流液，提高了存儲(chǔ)安全性。

二硫化碳是應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、促進(jìn)劑和助劑等主要的原料。二硫化碳為無色或淡黃色透明液體，有刺激性氣味 [1]。易揮發(fā)屬于低閃點(diǎn)液體（閃點(diǎn) -30℃），爆炸極限 1.3% ~ 50.0%，該品極度易燃，具有毒性，不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。密度在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為 1.262 g/cm 3 ，比水重，所以在儲(chǔ)存的容器上方加水，避免其與外界接觸。河北某項(xiàng)目設(shè)計(jì)有二硫化碳儲(chǔ)罐 3 臺(tái)，儲(chǔ)罐設(shè)置與注滿水的水池中密封，儲(chǔ)罐內(nèi)也注滿水；卸車時(shí)，槽車內(nèi)的二硫化碳通過高位差自流入罐中，儲(chǔ)罐內(nèi)的水通過溢流口排入各自配套的補(bǔ)水罐（水密封罐）。輸送二硫化碳時(shí)，通過打料泵加壓將補(bǔ)水罐（水密封罐）水打至二硫化碳儲(chǔ)罐內(nèi)上方，給儲(chǔ)罐加壓，將二硫化碳通過儲(chǔ)罐出料口壓出。

1 使用中的存在問題及原因分析

項(xiàng)目中 3 臺(tái)二硫化碳儲(chǔ)罐液位原設(shè)計(jì)為磁翻板液位計(jì)，由于磁珠翻轉(zhuǎn)計(jì)離合等機(jī)械動(dòng)作，隨時(shí)間和環(huán)境極易發(fā)生故障，造成在二硫化碳儲(chǔ)罐卸料過程中溢流至補(bǔ)水罐（水密封罐），造成補(bǔ)水罐存在一定量的二硫化碳溢流液，補(bǔ)水罐（水密封罐）也采用磁翻板液位計(jì)測(cè)量補(bǔ)水罐（水密封罐）液位，無法檢測(cè)出是否存在二硫化碳溢流液及存量。僅憑操作人員現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)采取不定期人工檢測(cè)或周期排放 ；如此，均存在一定操作危險(xiǎn)性和不確定性。為避免出現(xiàn)危險(xiǎn)或者意外情況，需要檢測(cè)出二硫化碳補(bǔ)水罐（水密封罐）是否存在二硫化碳的溢流液。

2 防溢液檢測(cè)與系統(tǒng)構(gòu)成

針對(duì)上述情況，分析相關(guān)原因，設(shè)計(jì)采用了一套防溢液檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)二硫化碳補(bǔ)水罐（水密封罐）更換液位檢測(cè)方式，即采用磁致伸縮液位計(jì)檢測(cè)補(bǔ)水罐（水密封罐）的界位、水的液位和測(cè)量罐的水位，同時(shí)也能對(duì)二硫化碳溢流液進(jìn)行檢測(cè) ；系統(tǒng)由液位計(jì)檢測(cè)器、液位控制器、報(bào)警燈組成，如圖 1 所示。當(dāng)檢測(cè)出補(bǔ)水罐（水密封罐）存在二硫化碳溢流液時(shí)，磁致伸縮液位計(jì)發(fā)出信號(hào)，液位控制器發(fā)出報(bào)警，報(bào)警指示燈發(fā)出聲光報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)處理。

液位計(jì)檢測(cè)器采用磁致伸縮液位計(jì)（H770），由三部分組成 ：傳感器、探測(cè)桿、電路單元。液位計(jì)以浮球測(cè)量為基礎(chǔ)，根據(jù)水和二硫化碳的各自密度不同且不互溶，采用雙浮球測(cè)量，下浮球測(cè)量溢流液二硫化碳和水的分界面（二硫化碳的液位），上浮球測(cè)量密封水罐水的液面。

磁致伸縮液位計(jì)的傳感器是由測(cè)量頭（包括脈沖發(fā)生、回波接受、信號(hào)加測(cè)與處理電路）、波導(dǎo)管和磁浮子組成 ；其中測(cè)量頭裝置在罐體之外，波導(dǎo)管外有不銹鋼或鋁合金的保護(hù)套管，插入液體中直達(dá)罐底，底部固定在罐底，磁浮子可以有兩個(gè)，一個(gè)測(cè)量液位，一個(gè)測(cè)量界位 [2] 。傳感器是利用磁致伸縮的物理特性進(jìn)行測(cè)量，不受介質(zhì)的介電常數(shù)、溫度或壓力變化的影響。在非磁性傳感管的內(nèi)部有一根拉緊的磁致伸縮線，電路單元沿磁致伸縮線發(fā)射電流脈沖，從而在磁致伸縮線周圍產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形磁場(chǎng)，液位浮子內(nèi)有一組yongjiu磁鋼，其磁場(chǎng)使磁致伸縮線沿軸向磁化。當(dāng)電流磁場(chǎng)和磁鐵磁場(chǎng)疊加，浮子位置的磁致伸縮線將產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)扭力，同時(shí)產(chǎn)生返回脈沖，該脈沖沿磁致伸縮線向兩端傳送，一端傳向傳感器的頂端。其返回的脈沖波被變送器電子單元接收，由于脈沖波傳播速度是恒定值，電子單元只需通過計(jì)算脈沖和返回脈沖的時(shí)間差就可以測(cè)量浮子中磁鋼的位置，從而得到精確的液位 [3] 。

磁致伸縮液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于 ：

（1）高精度 ：磁致伸縮液位計(jì)屬于計(jì)量級(jí)儀表，具有高精度（其精度可達(dá) 0.05% F. S 或 0.5mm）、高穩(wěn)定性和高可靠性等特點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，不需要頻繁標(biāo)定和維護(hù)。

（2）可靠性強(qiáng) ：由于采用波導(dǎo)原理，無機(jī)械可動(dòng)部分，故無摩擦，無磨損。整個(gè)變換器封閉在不銹鋼管內(nèi)，和測(cè)量介質(zhì)非接觸，傳感器工作可靠，壽命長(zhǎng)。

（3）安全性：液位計(jì)的防爆性能高，本安型防爆，使用安全。

（4）系統(tǒng)自動(dòng)化工作 ：液位計(jì)的二次儀表采用標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，容易實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)工作，提高整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

磁致伸縮液位計(jì)主要技術(shù)性能 ：

供電電壓 DC12 ~ 36 V（額定值 DC 24 V）；

環(huán)境溫度 ：-20 ~ 70 ℃ ；

輸出 ：4 ~ 20 mA 信號(hào)疊加 HART 通信 ；

防爆等級(jí) ：ExiaIICT6。

2.2 液位控制器及報(bào)警

液位控制器采用 AI 500，從液位探測(cè)器接收到液位信號(hào)，通過控制器開關(guān)接點(diǎn)輸出開關(guān)信號(hào)，報(bào)警燈發(fā)出聲光報(bào)警。

液 位 控 制 器 的 主 要 技 術(shù) 性 能 ：供 電 電 壓 ：

AC220 V±10% ；

功耗 ：＜ 5W ；

環(huán)境溫度 ： -20 ~ 70 ℃ ；

輸入信號(hào) ：4 ~ 20 mA 疊加 HART 通信、輸出開關(guān)接點(diǎn)信號(hào)。

3 應(yīng)用及效果和注意事項(xiàng)

在本項(xiàng)目中的 3 臺(tái)補(bǔ)水罐（水密封罐）采用磁致伸縮液位計(jì)后，能夠有效檢測(cè)出二硫化碳溢流液的存在，發(fā)出報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)處理，從而保證卸車過程中防止二硫化碳的溢流，提高儲(chǔ)存的安全性。尤其在原有二硫化碳儲(chǔ)罐也更換磁致伸縮液位液位計(jì)后，更加可靠地保證儲(chǔ)罐界位的準(zhǔn)確測(cè)量，有效防止溢流液的產(chǎn)生，提高儲(chǔ)存安全性 ；而且配置磁致伸縮液位計(jì)進(jìn)行溫度測(cè)點(diǎn)后，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)二硫化碳液體溫度，修正液體密度，更好保證液位測(cè)量的精度 。

為保證使用效果，實(shí)際應(yīng)用中有以下幾個(gè)事項(xiàng)需要引起注意 ：

（1）在磁致伸縮液位計(jì)安裝時(shí)，遠(yuǎn)離進(jìn)、出料口，遠(yuǎn)離振動(dòng)、腐蝕性空氣及可造成機(jī)械損傷之處。垂直安裝，避免彎曲受力，安裝傾斜度不能大于 5°。外殼可靠接地，安裝區(qū)域有避雷裝置。

（2）確保傳感器的浮球與容器壁（或安裝管）互不接觸，且浮球上下活動(dòng)靈活，安裝螺紋與容器連接牢固，電器接觸良好。

（3）液位計(jì)的連接電纜敷設(shè)時(shí)遠(yuǎn)離大功率電源、射頻信號(hào)源等干擾源。

4 結(jié)束語

通過設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐防溢液檢測(cè)裝置，測(cè)量出補(bǔ)水罐（水密封罐）二硫化碳溢流液的液位，提高了二硫化碳卸車過程的安全性。同時(shí)在二硫化碳儲(chǔ)罐中使用磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量界位，保證測(cè)量準(zhǔn)確性，上海自動(dòng)化儀表也解決了裝卸再次溢流二硫化碳至補(bǔ)水罐（水密封罐）的問題。