黃紅星

（洛陽三隆安裝檢修有限公司 ，河南 洛陽 471012）

1 前言

液位是油品儲罐最重要的儀表參數(shù)之一，通過對液位的測量和監(jiān)控，可以掌握物料進出情況，科學、合理的進行儲運生產(chǎn)調(diào)度和管理，并避免作業(yè)中將罐抽空或冒罐等事故的發(fā)生，保證安全生產(chǎn)。隨著油品罐區(qū)自動化管理系統(tǒng)的實施，大型油品儲罐必須使用具有較高精度和遠程通訊功能的液位測量儀表，實現(xiàn)液位的不間斷的實時集中監(jiān)控。

Enraf（恩拉福）公司是世界上歷史最悠久的專門制造液位計的著名公司，其伺服液位計的精度能達到±0.7mm，取得了國際和中國的防爆認證及計量認證，被譽為“油罐計量領(lǐng)域的專家”，在世界各地有許多成功的應用，洛陽石化選用的854ATG/XTG型伺服液位計是其成熟產(chǎn)品，目前為止，已經(jīng)在36座儲罐上得到了應用，占儲罐液位計總數(shù)的四分之一，本文旨在介紹其結(jié)構(gòu)特點和液位測量的工作原理，結(jié)合實際應用情況，總結(jié)使用和維護經(jīng)驗，提出在設(shè)計、安裝和維護等方面的注意事項，以便充分發(fā)揮Enraf伺服液位計安全可靠、測量準確的優(yōu)點，確保安全生產(chǎn)。

2 Enraf伺服液位計的結(jié)構(gòu)特點和工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)特點

Enraf伺服液位計是由微處理器控制的智能化儀表，屬于接觸型浮子液位計。在結(jié)構(gòu)上由線鼓室、電子部分室和接線端子室三個相互獨立的腔體組成，并利用線鼓罩將線鼓室和電子部分室完全隔開，從結(jié)構(gòu)上保證了隔爆安全。線鼓室包含由浮子、測量鋼絲、測量磁鼓組成的測量機構(gòu)，浮子通過纏繞在精密加工過的線鼓上的測量鋼絲被懸掛在儀表外殼內(nèi)，線鼓室密切接觸介質(zhì)。電子部分室包含液位計的電源板、力傳感器和伺服機構(gòu)及控制單元，必須完全隔離易燃、易爆的被測介質(zhì)。線鼓與伺服電機的傳動突破了傳統(tǒng)的軸連接或齒輪連接等直接連接方式，創(chuàng)新地利用磁耦合來實現(xiàn)間接連接，將一對環(huán)型強磁鐵分別安裝在兩室內(nèi)，外磁子嵌在線鼓內(nèi)組成測量磁鼓，內(nèi)磁子固定在伺服電機的轉(zhuǎn)動軸上。這樣的結(jié)構(gòu)不僅保證了伺服電機對浮子的精確控制，而且使電氣部件和易燃、易爆的被測介質(zhì)完好隔離，達到了使用中的隔爆安全。

2.2 工作原理

2.2.1 基本原理

Enraf伺服液位計的液位測量基于阿基米德浮力原理、力平衡原理和力矩平衡原理，是通過伺服電機帶動浮子自動跟蹤液面變化進行的。測量浮子漂浮在液體介質(zhì)的表面，其底部通常沉入液面1～2mm，此時浮子受到測量鋼絲的拉力（F）、重力（G）和液體介質(zhì)的浮力（f）三個力的作用。測量鋼絲始終是繃緊的，當拉力、重力和浮力構(gòu)成力平衡，即F＝G－f時，浮子穩(wěn)定的漂浮在液面上，能夠藉此確定液面的位置。同時，鋼絲的張力、測量磁鼓和內(nèi)磁子及伺服機構(gòu)構(gòu)成力矩平衡，伺服電機不轉(zhuǎn)動。已知浮子的質(zhì)量為223g，浮子漂浮在液面上所受浮力約為15g，則浮子平衡在液面上受到的拉力，等于測量鋼絲上的張力F為208g，將平衡張力F＝208g作為伺服控制單元的設(shè)定值S1。伺服液位計的核心是一個精密的力傳感器，這個裝置會不停頓地連續(xù)測量鋼絲的張力，當液位上升或下降時，浮子受到的浮力發(fā)生變化，使測量鋼絲上的張力隨之變化，控制單元將力傳感器檢測到的張力數(shù)值與設(shè)定值（S1＝208g）進行比較，比較的結(jié)果驅(qū)動伺服電機帶動內(nèi)磁子轉(zhuǎn)動，通過磁耦合作用，外磁子帶動線鼓同步轉(zhuǎn)動，測量鋼絲拉上或放下浮子，實現(xiàn)伺服電機對浮子的精確控制。

2.2.2 液位測量過程

在平衡狀態(tài)下，由力傳感器所檢測到的測量鋼絲張力和控制單元的設(shè)定值是相等的。當液面下降時，測量浮子的浸沒體積減小，其所受的浮力減小，則測量鋼絲上張力F＞208g，張力的改變立即被力傳感器檢測到，控制單元對測量值和設(shè)定值進行比較后發(fā)出命令，啟動伺服電機，通過磁耦合作用帶動線鼓逆時針轉(zhuǎn)動，以0.05mm的步幅放下浮子，增加浮子浸沒深度，浮子所受浮力增大，直到液面恢復平靜，浮子漂浮在液面上獲得新的力平衡，力傳感器所檢測到的鋼絲張力等于控制單元的設(shè)定值，停止伺服電機。這是一個閉環(huán)負反饋無差控制過程，保證了液位測量的高精度和高分辨率。浮子在不斷地跟蹤液面變化的同時，計數(shù)器記錄了伺服電機的轉(zhuǎn)動步數(shù)，微處理器計算出測量浮子的位移量，即液面的變化量，并遠傳到中央控制室，實現(xiàn)儲罐液位的集中實時監(jiān)控。當液面上升時，這個過程正好相反。

3 Enraf伺服液位計的故障分析及處理

自1999年首次安裝使用12臺以來，到2010年洛陽石化已有36臺Enraf伺服液位計在用。該液位計測量準確、運行可靠，得到了操作人員的很高評價。但是在 G1503、G1505、G1507、G501－G508以 及G1412等儲罐上出現(xiàn)了多次故障。總結(jié)起來主要有以下幾種。

3.1 “浮子卡”故障

3.1.1 故障現(xiàn)象及原因分析

在進出物料作業(yè)中，液位顯示值長時間為某個固定的數(shù)值，原因是浮子在導向管內(nèi)上下移動過程中，在某位置受到了附加力（除重力、浮力、拉力外）的作用，并且達到了力平衡，使伺服電機停止轉(zhuǎn)動，液位計輸出值保持。實際上浮子沒有漂浮在液面上，而是停留在某處了，形成“浮子卡”故障。

這種故障均發(fā)生在有導向管的浮頂罐應用上，由于導向管不是液位計廠家配套供貨，多由用戶根據(jù)廠家建議設(shè)計、預制和安裝，因此發(fā)生了G1503、G1505、G1507等罐的浮子與導向管內(nèi)壁的間距過小，導向管內(nèi)有焊渣、有變徑或開孔時留有毛刺等情況，容易造成“浮子卡”故障。

3.1.2 故障處理

對于多次發(fā)生“浮子卡”故障的Enraf伺服液位計，在用便攜操作器PET進行故障處理時，不能僅僅命令伺服電機提升或下降浮子，使其脫離被卡處，而要執(zhí)行提升和下降兩種過程，并保證浮子不被卡在另一處。具體操作如下：第一步，發(fā)出LT命令提升浮子，用1A觀察液位值增加約20cm后，發(fā)出FR命令停住浮子，再用UN命令浮子尋找液面，出現(xiàn)INN標記后記錄示值L1。第二步，發(fā)出I2命令使浮子下沉，用1A觀察示值減少約20cm后，用I1命令浮子尋找液面。出現(xiàn)INN標記后記錄示值L2。只有當L1＝L2時，才能確定浮子在液面上。在實際維護工作中，還可以嘗試下列四種解決辦法：①把表頭轉(zhuǎn)向90度重新安裝。②把磁鼓上的鋼絲剪掉一截，使浮子落到罐中心高度的時候，鋼絲也恰好纏繞在磁鼓中間的槽上。③校驗力傳感器，測量浮子重量，重新設(shè)置合適的S1值。④把浮子更換為45mm直徑的浮子。Enraf伺服液位計浮子的直徑有45mm、90mm、110mm三種尺寸，為了增大導向管與浮子的間隙，只能使用最小的浮子。實踐證明，前三種方法可以降低故障頻度，只有第四種方法才能從根本上杜絕“浮子卡”故障。

3.2 進料時液位示值下降，出料時液位示值上升

在G501－G508柴油和石腦油儲罐上，曾發(fā)生進料時液位示值下降，出料時液位示值上升的反?，F(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)浮子上堆滿銹渣，使浮子重量大大增加，被浸沒在油品中，浮子（含銹渣）的重力、鋼絲拉力、油品對浮子的壓力及浮力構(gòu)成力平衡。液面升高壓力增大，浮子下降；液面降低壓力減小，浮子降低。主要原因是油品腐蝕性強，使導向管內(nèi)壁銹蝕較嚴重。將浮子上銹渣清理后，儀表測量正常。

3.3 浮子丟失故障

應用在G1412醋酸罐的Enraf伺服液位計曾發(fā)生測量失靈故障，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)浮子丟失。原因是測量鋼絲被腐蝕性介質(zhì)腐蝕，失去了剛性而被浮子拉斷。這是選型不當造成的，重新選型、訂貨，更換為抗腐蝕的浮子和測量鋼絲后，投用正常。

3.4 測量鋼絲被粘在線鼓上

測量值不跟隨液位的變化而變化，有時液位沒變化指示值卻突變。原因是被測介質(zhì)發(fā)生結(jié)晶，將測量鋼絲粘滯在了線鼓上。增加表頭的伴熱和保溫，并保證殼體的良好密封，能夠解決。另外，線鼓上也可能粘上了鐵銹屑等，必須進行清洗。

4 正確的設(shè)計選型和安裝使用

總結(jié)在使用中發(fā)生過的各種故障，認真分析后可以得出結(jié)論，雖然Enraf伺服液位計屬于機械式儀表，但是測量精度非常高、運行很穩(wěn)定、可靠性極高，曾經(jīng)發(fā)生的故障都是設(shè)計選型、安裝等方面的原因，尤其是導向管造成的。因此必須重視設(shè)計選型和安裝使用。

4.1 設(shè)計選型注意事項

Enraf伺服液位計屬于浮子接觸式測量儀表，測量非黏稠的被測介質(zhì)才能選用。當介質(zhì)的腐蝕性較強時，必須選擇抗腐蝕的浮子和鋼絲。對于浮頂罐可以安裝在導向管上，將浮子置于導向管中進行測量，對于拱頂罐要使浮子避開罐內(nèi)加熱盤管等干擾物，如果液面波動較大，則要使用穩(wěn)液管安裝。設(shè)計中對導向管（穩(wěn)液管）必須有明確的要求。第一：導向管材質(zhì)要耐腐蝕。第二：導向管必須準直，如果是用多節(jié)鋼管焊接構(gòu)成，則不得存在變徑和彎曲。第三：導向管內(nèi)部必須光滑沒有毛刺，焊縫必須清除干凈；應兩面對稱開孔，孔距300mm，孔徑25mm，開孔后必須將毛刺清除干凈。第四：導向管的底部要安裝擋板，防止浮子沉到底再提升時被卡在管口，損壞液位計。在確定浮子的直徑時，要根據(jù)導向管的直徑選擇。建議DN150的導向管選用45mm的浮子，DN200的導向管選用90mm或110mm的浮子。

4.2 正確的安裝

儀表測量準確、可靠，運行穩(wěn)定良好、故障率很低，基于正確的機械安裝。Enraf伺服液位計在安裝時必須做到以下幾點：第一，安裝液位計的法蘭必須盡可能水平，水平度不大于2度，否則可能造成測量誤差。第二，導向管必須豎直，從頂部吊掛重錘到管底，錘心距離中心偏差不超過5mm，否則液位計可能無法正常工作。

4.3 維護要求

Enraf伺服液位計只要安裝符合要求，投用、運行正常，日常維護量很低，僅需每年檢查一下輪鼓、測量鋼絲和浮子，清理掉可能有的污物。需要特別注意的是，在儲罐清罐、防腐時，必須提前將浮子提升到標定腔中，再切斷液位計的供電。施工中嚴禁敲擊及劇烈震動液位計表頭，避免損壞力傳感器、磁鐵、測量鋼絲和浮子等。