智能化吹气装置及其应用注意事项

齐丽华，刘 琢

（中广核工程有限公司，广东深圳 518000）

智能化吹气装置及其应用注意事项

齐丽华，刘 琢

（中广核工程有限公司，广东深圳 518000）

阐述吹气装置检测液位的基本原理，提出恒压恒流智能型吹气装置的设计方案和试验结果，总结吹气装置在实际工程应用中的注意事项。

吹气装置；液位测量；智能化

0 引言

吹气装置[1-3]是一种测量液位、界面、密度等参数的经典测量装置，结构简单可靠，尤其是在核电工程中，被测液体通常有腐蚀性、放射性、粘稠度高等特性，吹气装置作为一种能够使变送器仪表远离被测设备并且探测器能够长久耐用的非接触式仪表[1-2]，得到广泛应用。

（1）吹气装置测量液位的原理

吹气装置测量液位的基本原理[1-3]如图1所示。

图1 吹气装置测量液位的原理图

吹气介质流过过滤减压阀后，经恒流装置和转子流量计缓慢地从容器鼓泡排出液面。通常要求每分钟排出液面的气泡数量在几十个为宜。由于吹气管A排出的气体流量极小，吹气管A处的气体压力与液体介质的压力近似相等，吹气管B处气体压力等于A处气体压力加上AB两处的压损，吹气管D处气体压力等于C处气体压力加上CD两处的压损，从而通过差压变送器测量得到BD两处的差压即可速算得到容器的液位。

AB，CD之间的压损与吹气管的长度以及流量有关，在设计取压时尽量使AB的距离与CD的距离保持一致，正负压气管的流量一致，即：

公式（3）即可简化为：

其中，ρ为液体密度，g为重力加速度。

通过测量BD处的差压PBD即可计算得到液体的液位。

（2）影响吹气装置精度的因素

1）吹气压力和流量

吹气装置正常工作时，应保持正压管每分钟最多鼓出几十个气泡，气体流量保持恒定值，此时管内压力恒定。否则，逸出气体过多或者呈线性逸出，将导致误差显著增大；逸出气体过少，有可能导致液体回流或者气流反向。

高血压和糖尿病都为终生疾病，近年来发病率日益升高。患者长时间患病会有焦虑、恐惧、无助等相关不良心理情绪[1]，这些不良心理情绪不利于疾病控制，导致病人治疗依从性差，影响治疗效果。有相关研究表明[2]，高血压合并糖尿病给予护理路径表干预，具有一定影响，能够提高患者治疗依从性。为此，该文2016年5月—2017年5月探讨高血压合并糖尿病老年患者实行护理路径表干预的临床护理效果，现报道如下。

2）吹气管的压力损失

吹气装置测量液位的前提是忽略管道的压损。吹气源压力越高、流量越大，测量取压点下游吹气管线越长，管径越小，误差越大，且上述条件不变时，被测压力越小，误差越大。

3）被测液体密度变化

当被测液体密度不稳定，或者因温度等参数变化引起密度变化时，将导致液位测量出现较大偏差，此时需要引入另外一组吹气装置或者其他密度测量手段进行被测液体的密度测量，从而对液位进行密度修正。

1 智能化吹气装置

通过对吹气装置测量液位的原理分析，只有保证吹气流量的稳定才能认为正压侧吹气管底端气体压力与该处液体介质的压力相等，同时气体流量恒定才能使得正负压侧吹气管底端到差压变送器取压点的压损一致。在使用过程中，流量和压力的不稳定引起的误差直接影响测量的精度。

1.1 智能化吹气装置组成

气体流量控制一般是靠节流阀和流量计来实现的，通过智能控制器将节流阀和流量计组成负反馈自动控制回路，构成智能化吹气装置。其原理是气体的流速转化为叶轮的转速，叶片上的小磁片经过霍尔元件时，产生并输出脉冲电信号，智能控制器记录下脉冲信号并转化为转速，也就得到气体的流量；将此值与流量的初始值比较后，智能控制器发出一定数量的脉冲触发步进电机调节节流阀，改变气体的流量值，从而实现气体流量的自动控制。

智能控制器的程序运行方式是循环扫描方式，而非顺序执行方式。首次扫描时初始化一些功能，例如高速计数器、电机脉冲等，然后接受参数的输入，包括：流量值、吹气时间、选定工作方式（脉冲或连续）等，然后程序即按照设定的参量驱动步进电机调节流量，置位导通电磁阀控制吹气时间和吹气方式，完成预定的吹气工作后，控制电磁阀端口置零关断气源，并重新等待操作者的指令。

图2 一进五吹六引压智能化吹气装置原理图

以一进五吹六引压为例，设计原理图如2所示。压缩气先进入电动调压阀，气压传感器采集压力信号后输入智能控制器，通过智能控制器自动反馈调节进气压力；经过调压之后的气流进入电动节流阀，流量计信号输入智能控制器，通过智能控制器自动反馈调节电动节流阀，完成恒流控制。

智能化吹气装置，当有气源用气支线发生意外时或者不同支线启动停止瞬间，所产生的冲击由反馈信号提供给控制系统，避免冲击瞬间气源因冲击过大而造成压力流量不足的情况出现。

由于保证了气体流量的自我整定恒流功能的实现，使得智能化吹气测量装置比传统无恒流自我整定的吹气装置测量精度高出至少一个数量级，同时也增强了系统的可靠性。

表1 五个吹气回路基本性能测试结果

表2 单个吹气回路不同条件下基本性能测试结果

通过对该装置在多工况下的模拟测试得出：

（1）吹气装置适用的压力范围为1 bar～3 bar，流量范围为15 L/h～60 L/h；

（2）最佳吹气压力1 bar，吹气流量15 L/h～30 L/h；

（3）随着输气管路加长，精度会降低，在一定范围内，输气管路长度的影响可进行修正。

1.3 扩展功能

智能化吹气装置，内置智能控制器，使得整个系统具备了多点联网（可兼容或选择多种通信协议的接口）、系统参数自我整定、安全故障自我保护、辅助触电输出、应急消息发布或自动提醒等智能化功能。

智能化吹气装置可以通过干触点或通讯方式实现对智能控制器组网中各变送器信号及设备的当前信息采集（如压力、压差、流量、温度；断路器位置信号；保护测控装置的各种信息等）及调节阀、调压阀、止回阀、针型阀、截止阀、三阀组的分/合、开度控制，可提供完备的报表、趋势和分析工具等，提高数据采集汇总能力。

将电站中各个吹气测量装置智能控制器进行组网，可以实现数据集中传输和远程监控，是对核电及常规电力专用吹气测量装置的一次创新，也是电站安全生产的发展方向。

2 工程应用中的注意事项

吹气管的正压管管口应与被测液体设备底部保持适当距离，建议5～10 cm之间，以便于吹气管中气泡的顺利逸出。这段距离即为吹气装置测量的盲区。一般情况下，吹气管口采用平口方式，如果采用45°斜口，则测量盲区应是斜口上端口到设备底部的距离。另外，根据经验，吹气管的长度不宜超过10 m，也就是对于液位高于10 m的容器不适合使用吹气装置。某些场合，在吹气管底部开“V”形口，目的是为了避免形成较大的气泡而影响测量精度，也减少悬浮物颗粒进入吹气管底部。

测量带压设备时，吹气管内的压力P与设备内最大压力值P设备max、气路元件的压降P气路和最大液位压力Phmax之间的关系应满足：

这样，设备中的溶液才不可能倒灌出来。这对放射性的介质测量非常重要，所以在测量带压容器内的介质时，一定要在吹气管上安装逆止阀，以防止气流方向。吹气装置和差压变送器的安装标高要大于设备内最高液面的标高，进一步防止液体倒流。另外为了防止堵塞气口，可以把吹气管出口做成锥形，缩小出口口径，增加出口流速，使得在正常使用时被测液体不易进入吹气管。

当被测液体中，气泡（可能来源有：吹气管的压空、被测液体的蒸发过程或者化学反应过程中的气体释放、被测液体搅拌过程中的压空等）过多，气管出口气泡不再是一个一个孤立地冒出，而是呈线性或者局部气流，此时仪表指示降低，并随着气泡量的增加，误差越来越大。所以吹气装置对有剧烈放气反应的液体参数测量不适用。

3 结语

吹气装置只有吹气管和介质接触，其余部件都安装在设备以外，与被测液体不接触，属于非接触式仪表，非常适用于高温、高压、腐蚀性、粘度高以及剧毒等介质的液位测量，而且是全机械结构，无可动部件，故障率低。

国产化和智能化是我国核电和常规电力系统经济投资和安全生产的发展方向。智能型吹气装置实现压力自动调度和流量自动调节，同时可以实现网络化和远程监控等功能，比较适用于核电和常规火电等恶劣工况下的液位等参数测量。

［1］胡勇锋.新一代吹气法液位计及其应用［J］.中国仪器仪表，2012（8）：69-72.

［2］王美华，赵文达.吹气法液位检测装置及其应用［J］.自动化仪表，2004（3）：31-34.

［3］王永祥，陈国民.基于Cortex-M3微控制器船舶吹气液位检测装置的数据采集［J］.广州航海高等专科学校学报，2010（9）：13-14.

Intelligent Air Blowing Device and Its Application Notes

QI Li-hua，LIU Zhuo
（China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Shenzhen518000，China）

After analyzing the basic principle of air blowing device used to measure liquid level，the design structure and test results of a new intelligent air blowing device are present，it is able to adjust automatically air pressure and flow.Some notes for engineering application about it are given.

air blowing device；liquid level measurement；intelligent

TH816

A

1009－9492(2014)08－0153－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.044

齐丽华，女，1982年生，河北沧州人，大学本科，工程师。研究领域：核电站仪表和系统智能控制技术。 (编辑：王智圣)

2014－07－11