董文生，周志軍

（東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

水位計(jì)是水利、石油、化工、冶金、電力等領(lǐng)域不可缺少的部件。雖然它的體積相對(duì)很小，結(jié)構(gòu)也很簡單，但卻是加熱鍋爐運(yùn)行重要的安全保障[1-2]。全球每年都有許多工業(yè)鍋爐和熱水鍋爐因水位計(jì)的原因發(fā)生爆炸等重大事故。加熱鍋爐保證油庫原油的輸送，水位計(jì)保證鍋爐安全，可見水位計(jì)的重要性。目前，國內(nèi)水位計(jì)的發(fā)展更新的速度非常緩慢，從1949年以來國內(nèi)單個(gè)機(jī)容量已經(jīng)從35 t/h增長到1 000 t/h，水蒸氣的參數(shù)也從中等壓升至到亞臨界。水位計(jì)作鍋爐輔助部件之一，大部分的制造廠依然還在使用國外20世紀(jì)20-30年代的落伍產(chǎn)品[3]。在20世紀(jì)60-80年代期間，高精度測液位計(jì)是各國主要研究方向，使用伺服馬達(dá)的伺服式液位計(jì)，解決了摩擦引起的誤差，靈敏性度、復(fù)現(xiàn)性大幅度提高。期間分別研發(fā)出6500 型伺服液位計(jì)（美國VARE），811 型伺服動(dòng)力液位計(jì)（荷蘭ENRAF），它們測量準(zhǔn)確度高達(dá)0.01%。在此之后又研發(fā)出854ATG 多功能伺服液位計(jì)、BM-60 儲(chǔ)罐測量系統(tǒng)多功能伺服水位計(jì)[4]，它們能一同測量4 種不同介質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)，還有防泄漏、自動(dòng)報(bào)警功能。通過對(duì)以上的多種水位計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)分析，篩選出適合國內(nèi)油庫加熱鍋爐所用的磁翻板水位計(jì)，但經(jīng)過長期使用發(fā)現(xiàn)了雜質(zhì)堵塞、拆卸復(fù)雜、連通管直徑過細(xì)等問題，針對(duì)這些問題進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 鍋爐水位計(jì)種類

1.1 帶白云母片玻璃板式水位計(jì)

此水位計(jì)是國內(nèi)目前使用最多的一種，結(jié)構(gòu)較為簡單，觀察直接，但缺點(diǎn)很多，例如不能連用調(diào)節(jié)設(shè)備，傳送水位信號(hào)也不可以，必須有員工就地觀察水位情況，消耗人力較多；云母片還得進(jìn)口，價(jià)格昂貴（2 000～3 000 元/kg）；與此同時(shí)非常容易漏損，所以它逐漸被淘汰[5]。

1.2 石英玻璃管式水位計(jì)

此水位計(jì)與上一水位計(jì)相比較，本水位計(jì)具有以下幾種優(yōu)點(diǎn)；壽命長（4 500～5 300 h）；安全性較高，能觀測水位長（達(dá)300 mm）；指示清楚明顯，白天無需光照；有防護(hù)裝置，汽水不容易噴出；維修便捷，屬于經(jīng)濟(jì)型[6-7]。

1.3 磁翻板水位計(jì)

此水位計(jì)適用于石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域的液位指示，該液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，觀察直觀、清晰，不滲漏，安裝方便，維修簡單。由本體、翻板箱（由紅白雙色磁性小翻板組成）、浮子、法蘭蓋等組成，可用于多種類型容器以及鍋爐等的介質(zhì)液位檢測[8-9]，根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成，并且指示清晰度較好，不容易破裂，測量無盲區(qū)，顯示度高，測量廣范，還具有優(yōu)秀的可靠性以及耐腐蝕性，適合在油庫加熱鍋爐上使用[10]。

2 磁翻板水位計(jì)現(xiàn)存在的問題

2.1 出現(xiàn)雜質(zhì)堵塞

油田公司主要使用磁翻板水位計(jì)，經(jīng)過長期的使用磁翻板水位計(jì)出現(xiàn)下列一些問題。油庫使用單臺(tái)磁翻板水位計(jì)，用兩根直徑16 mm 的連通管將爐與液位計(jì)連接，一個(gè)磁性浮球在爐內(nèi)，多個(gè)磁極位于球體兩側(cè)[11]。其測量的基本原理是爐內(nèi)的水位波動(dòng)讓浮球上下運(yùn)動(dòng)，由于球的磁力作用使磁極上下翻轉(zhuǎn)，所表示出不同的顏色的水位。在現(xiàn)場運(yùn)作中，高溫影響鍋爐本身的材質(zhì)，有金屬氧化物雜質(zhì)生成，鍋爐內(nèi)水質(zhì)受污染，導(dǎo)致水位計(jì)磁性浮球卡住，不能上下浮動(dòng)，以及水位計(jì)與爐體連通管堵塞，系統(tǒng)正常運(yùn)行不了，導(dǎo)致無法觀察真實(shí)水位，爐內(nèi)水位過低則報(bào)警，致使生產(chǎn)停運(yùn)[12]。

2.2 拆卸復(fù)雜

水位計(jì)3 到5 天就要拆卸清理，在拆卸水位計(jì)之前，需打開爐體底部排水閥，將爐水排放至液面低于水位計(jì)與爐體下側(cè)連通管，防止?fàn)t水外流。在清理水位計(jì)內(nèi)部堵塞物、通管、安裝過程中，空氣進(jìn)入爐體，產(chǎn)生正壓。水位計(jì)清洗安裝完畢后，需要調(diào)動(dòng)水罐車對(duì)加熱爐進(jìn)行補(bǔ)水。而且冬季較冷，大大增加了員工勞動(dòng)程度[13]。

2.3 連通管直徑過細(xì)

爐體本身與水位計(jì)通過連通管相連接。利用連通器原理爐體內(nèi)的液體可流向水位計(jì)內(nèi)，通過水位計(jì)觀測爐內(nèi)液位狀況。但是目前所用連通器直徑較小，容易出現(xiàn)流通不順的狀況，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，造成事故[14]。

3 磁翻板水位計(jì)的改進(jìn)

根據(jù)實(shí)際情況，油田對(duì)水位計(jì)進(jìn)行多次改進(jìn)，分別使用磁鐵吸附液體里的雜質(zhì)，擴(kuò)大連通管以及裝置具有隔離性能的閥門。

3.1 磁翻板水位計(jì)改進(jìn)目的

為解決以上問題，在加熱爐運(yùn)行過程中，多方探索試驗(yàn)，對(duì)水位監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，研制出一種新型磁翻板水位計(jì)。該水位計(jì)設(shè)置了沖洗、排污功能。通過開關(guān)閥門即可實(shí)現(xiàn)定期沖洗水位計(jì)，簡單易行，有效減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)解決了水位計(jì)堵塞問題，保障了加熱爐的水位真實(shí)可觀，避免了低水位報(bào)警、停爐現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 水位計(jì)的改進(jìn)具體措施

3.2.1 安裝磁鐵吸附雜質(zhì)

將4 塊圓環(huán)形磁鐵安裝到爐體兩側(cè)靠連通器的位置（如圖2）。雜質(zhì)被磁鐵吸附，水位計(jì)的清理周期延長到8～12 天，與此同時(shí)，又在缸體底部法蘭外安裝一塊適中磁鐵，將清理周期有延長至12～30天。

圖1 改裝前水位計(jì)

圖2 改裝后水位計(jì)

3.2.2 擴(kuò)大連通管徑以及配置隔離控制閥

把原來連接鍋爐與水位計(jì)直徑16 mm 的短接管改為直徑20 mm，并且按調(diào)節(jié)（1）和（2）閥門，對(duì)爐體與水位計(jì)進(jìn)行隔離控制（如圖3）。因此，對(duì)水位計(jì)拆卸時(shí)不需要排低爐水。

圖3 擴(kuò)大連通管徑以及隔離閥安裝改造圖

3.2.3 水位計(jì)本體改進(jìn)

拆除原來水位計(jì)，連接法蘭，安裝一個(gè)高700 mm，直徑200 mm 主穩(wěn)定缸，加強(qiáng)水位計(jì)吸收雜質(zhì)的能力。并且將兩塊活動(dòng)的磁鐵塊安置在缸體底部法蘭外側(cè)，加強(qiáng)吸附能力，使水中的金屬雜質(zhì)在進(jìn)入水位計(jì)前先被吸附。同時(shí)把一個(gè)翻磁板水位計(jì)連接到主穩(wěn)定缸兩側(cè)，完成兩個(gè)水位并聯(lián)讀數(shù)，提高數(shù)據(jù)的真實(shí)性。另外，在主穩(wěn)定缸的上部及下部安裝排污閥門，有利于兩側(cè)的水位計(jì)與主穩(wěn)定缸獨(dú)自清污。

4 改進(jìn)之后水位計(jì)的具體操作及效益

磁翻板水位計(jì)的改進(jìn)，可以推廣到其他單位使用磁翻板水位計(jì)的鍋爐、加熱爐系統(tǒng)上，能夠有效保障設(shè)備的可靠運(yùn)行。

4.1 具體操作

a.關(guān)閉閥門（1）（2），將隔離水位計(jì)和爐；

b.卸載永磁鐵（16），關(guān)閥門（4）（5）（7）（8），打開閥門（11）（10）（15），單獨(dú)沖洗主穩(wěn)定缸；

c.關(guān)閉閥門（11），打開閥門（4）（5）（6），單獨(dú)沖洗水位計(jì)（12）；

d.關(guān)閉閥門（6）（4）（5），打開閥門（7）（8）（9），單獨(dú)沖洗水位計(jì)（13）；

e.關(guān)閉閥門（9）（10）（15），打開閥門（4）（5）（7）（8）（1）（2），水位計(jì)恢復(fù)運(yùn)行。

因此，閥門（6）（9）（11）與軟管一一連接，沖洗倆側(cè)水位計(jì)和主穩(wěn)定缸。水位計(jì)正常運(yùn)行時(shí)，把一臺(tái)磁翻板水位計(jì)的隔離控制閥門關(guān)閉，只沖洗該磁翻板水位計(jì)，由另一臺(tái)繼續(xù)檢測爐體水位。

圖4 水位計(jì)與加熱爐爐體連接圖

4.2 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

水位計(jì)改進(jìn)之前3～5 天進(jìn)行一次沖洗，按照5天一次沖洗，采暖期270 天，需要沖洗54 次，單臺(tái)爐用水量約1.89 t，一個(gè)采暖期需要消耗102.3 t，浪費(fèi)水嚴(yán)重。此水位計(jì)改進(jìn)之后，通過一個(gè)采暖期的試工作，它的清理周期從3 天變成約30 天，可以一個(gè)開關(guān)解決沖洗、排污功能，一個(gè)完整的過程只需要兩位員工耗時(shí)5 min，并且經(jīng)一個(gè)采暖期的使用后，經(jīng)計(jì)算單臺(tái)加熱鍋爐節(jié)水量約為85 t。

圖5 新型磁翻板水位計(jì)結(jié)構(gòu)及沖洗連接圖示

表1 新型水位計(jì)各部位名稱

5 新型水位計(jì)的發(fā)展趨勢

（1）當(dāng)代水位計(jì)應(yīng)該具有相對(duì)較高的分辨率。電站爐基本為15 mm，但希望小于10 mm。核電設(shè)備要求可以分辨100 mm 的液位波動(dòng)數(shù)值。所以，必須努力探尋水位測定辦法的更新，避免應(yīng)用連通型水位計(jì)，采用鍋爐內(nèi)直接測量法[15-16]，提高精度及可靠性。

（2）使用阿拉伯?dāng)?shù)字顯示液位值，不可憑視覺直接觀測。如果水位值越過規(guī)定差范圍，可自動(dòng)報(bào)警。

（3）可與計(jì)算機(jī)連通，并能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)化控制。當(dāng)水位值降低至一定限度時(shí)，進(jìn)水系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果鍋爐水位始終維持在規(guī)定范疇內(nèi)，一旦有事故出現(xiàn)，可立即給員工報(bào)警[17-18]。

（4）結(jié)構(gòu)相對(duì)精簡，維護(hù)修理便捷，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，久耐度高，壽命長。