磁致伸縮液位計在二硫化碳儲罐防溢液方案設(shè)計探討

摘　要 ：對二硫化碳儲存中補(bǔ)水罐（水密封罐）出現(xiàn)溢流液的問題，設(shè)計采用磁致伸縮液位計進(jìn)行檢測和報警的防溢液方案，為及時處理溢流液的問題提供了有利條件。上海自動化儀表分析了儲罐防溢液設(shè)計方案原理，探討了檢測儀表工作原理、性能指標(biāo)、注意事項及應(yīng)用效果。實際應(yīng)用表明防溢液設(shè)計方案能夠準(zhǔn)確檢測出儲罐溢流液，提高了存儲安全性。

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)屬于低閃點液體（閃點 -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，所以在儲存的容器上方加水，避免其與外界接觸。河北某項目設(shè)計有二硫化碳儲罐 3 臺，儲罐設(shè)置與注滿水的水池中密封，儲罐內(nèi)也注滿水；卸車時，槽車內(nèi)的二硫化碳通過高位差自流入罐中，儲罐內(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，通過打料泵加壓將補(bǔ)水罐（水密封罐）水打至二硫化碳儲罐內(nèi)上方，給儲罐加壓，將二硫化碳通過儲罐出料口壓出。

1 使用中的存在問題及原因分析

項目中 3 臺二硫化碳儲罐液位原設(shè)計為磁翻板液位計，由于磁珠翻轉(zhuǎn)計離合等機(jī)械動作，隨時間和環(huán)境極易發(fā)生故障，造成在二硫化碳儲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測量補(bǔ)水罐（水密封罐）液位，無法檢測出是否存在二硫化碳溢流液及存量。僅憑操作人員現(xiàn)場操作經(jīng)驗采取不定期人工檢測或周期排放 ；如此，均存在一定操作危險性和不確定性。為避免出現(xiàn)危險或者意外情況，需要檢測出二硫化碳補(bǔ)水罐（水密封罐）是否存在二硫化碳的溢流液。

2 防溢液檢測與系統(tǒng)構(gòu)成

針對上述情況，分析相關(guān)原因，設(shè)計采用了一套防溢液檢測系統(tǒng)，對二硫化碳補(bǔ)水罐（水密封罐）更換液位檢測方式，即采用磁致伸縮液位計檢測補(bǔ)水罐（水密封罐）的界位、水的液位和測量罐的水位，同時也能對二硫化碳溢流液進(jìn)行檢測 ；系統(tǒng)由液位計檢測器、液位控制器、報警燈組成，如圖 1 所示。當(dāng)檢測出補(bǔ)水罐（水密封罐）存在二硫化碳溢流液時，磁致伸縮液位計發(fā)出信號，液位控制器發(fā)出報警，報警指示燈發(fā)出聲光報警，提醒工作人員及時處理。

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

磁致伸縮液位計的傳感器是由測量頭（包括脈沖發(fā)生、回波接受、信號加測與處理電路）、波導(dǎo)管和磁浮子組成 ；其中測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，一個測量液位，一個測量界位 [2] 。傳感器是利用磁致伸縮的物理特性進(jìn)行測量，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)生一個環(huán)形磁場，液位浮子內(nèi)有一組yongjiu磁鋼，其磁場使磁致伸縮線沿軸向磁化。當(dāng)電流磁場和磁鐵磁場疊加，浮子位置的磁致伸縮線將產(chǎn)生一個瞬時扭力，同時產(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算脈沖和返回脈沖的時間差就可以測量浮子中磁鋼的位置，從而得到精確的液位 [3] 。

磁致伸縮液位計的優(yōu)點在于 ：

（1）高精度 ：磁致伸縮液位計屬于計量級儀表，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，使用壽命長，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)械可動部分，故無摩擦，無磨損。整個變換器封閉在不銹鋼管內(nèi)，和測量介質(zhì)非接觸，傳感器工作可靠，壽命長。

（3）安全性：液位計的防爆性能高，本安型防爆，使用安全。

（4）系統(tǒng)自動化工作 ：液位計的二次儀表采用標(biāo)準(zhǔn)輸出信號，對信號進(jìn)行處理，容易實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)工作，提高整個測量系統(tǒng)的自動化程度。

磁致伸縮液位計主要技術(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 信號疊加 HART 通信 ；

防爆等級 ：ExiaIICT6。

2.2 液位控制器及報警

液位控制器采用 AI 500，從液位探測器接收到液位信號，通過控制器開關(guān)接點輸出開關(guān)信號，報警燈發(fā)出聲光報警。

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 ：4 ~ 20 mA 疊加 HART 通信、輸出開關(guān)接點信號。

3 應(yīng)用及效果和注意事項

在本項目中的 3 臺補(bǔ)水罐（水密封罐）采用磁致伸縮液位計后，能夠有效檢測出二硫化碳溢流液的存在，發(fā)出報警，提醒工作人員及時處理，從而保證卸車過程中防止二硫化碳的溢流，提高儲存的安全性。尤其在原有二硫化碳儲罐也更換磁致伸縮液位液位計后，更加可靠地保證儲罐界位的準(zhǔn)確測量，有效防止溢流液的產(chǎn)生，提高儲存安全性 ；而且配置磁致伸縮液位計進(jìn)行溫度測點后，可以實時檢測儲罐內(nèi)二硫化碳液體溫度，修正液體密度，更好保證液位測量的精度 。

為保證使用效果，實際應(yīng)用中有以下幾個事項需要引起注意 ：

（1）在磁致伸縮液位計安裝時，遠(yuǎn)離進(jìn)、出料口，遠(yuǎn)離振動、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，且浮球上下活動靈活，安裝螺紋與容器連接牢固，電器接觸良好。

（3）液位計的連接電纜敷設(shè)時遠(yuǎn)離大功率電源、射頻信號源等干擾源。

4 結(jié)束語

通過設(shè)計的儲罐防溢液檢測裝置，測量出補(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。同時在二硫化碳儲罐中使用磁致伸縮液位計測量界位，保證測量準(zhǔn)確性，上海自動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。