液位计量仪在选煤厂药剂罐液位测量中的研究及应用

郑钢丰，谷 俊，査佳伟

(安徽理工大学 材料科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

在容器中液体介质的高低称为液位，液位测量在工业生产中非常普遍，应用领域也非常广。例如：自来水水位的测量和控制，油田、炼油厂的油罐和储油槽油位的测量，以及选煤厂的药剂罐液位测量等。以前普遍使用人工检尺法进行液位测量，近年随着技术的发展，高精度液位计已经逐步取代人工检尺法[1]。作为生产监控的重要手段，液位测量技术对于保证生产过程中各种装置的正常运转非常关键。准确的液位测量能够指导生产、提高生产效率、降低成本消耗。同时通过准确的液位测量能及时监控生产现场各种装置的液位动态，保证安全生产，提高产品质量。液位测量常用方法有液位计法、静压测量法、混合测量法[2]。选煤厂根据不同的储存物质选择不同类型的罐体，进行准确的液位测量十分关键[3]。

容器中液位的非接触、全自动的液位测量方法有着广泛的应用前景和市场需求。常用的非接触测量方法有超声波、激光测量等[4]。国外液位仪朝着机电一体化发展，已有超声波液位计、雷达液位计、激光液位计的研制[5]。其中超声波液位计和雷达液位计已广泛运用在油品储罐的液位计量中[6]。国内陈俊、惠晶研制出一种数字式高精度液位计量仪，可对玻璃试管及透明塑胶管内的有色或无色液体进行全自动的高精度计量，实现了对玻璃试管等透明器皿内液位的精确、快捷、非接触测量，可根据容器的内径和被测液体的密度换算出液体的容积或质量，并且能对测量数据进行分析、保存和实时显示[7]。卫开夏、李斌、朱信诚提出了一种采用四电极液位测量方法，通过测量传感器输出电压和输入的激励电压的比值来计算液位高度。对传感器液位测量与被测液体电导率关系的理论分析，表明此方法测量液位与被测液体电导率不相关，因而可用于对电导率变化的液体液位进行测量。将此新型液位测量方法移植到非满管电磁流量测量中，用于对非满管液位的测量，可使得电磁流量传感器能够实现对非满管污水流量的测量[8]。徐鸿、郭鹏、田振华利用Quasi-Scholte模态和A0模态导波的传播特性设计液位测量实验，采用一激一收压电传感器布置方式，频率130 kHz的2.5周期汉宁窗调制正弦波作为检测信号，结果表明液位与导波传播时间呈线性关系，能够用于容器内液位测量[9]。天津先导技术开发公司研制的磁耦式双色显示液位计利用不同色带可明显显示液位的高低，已被广泛运用在石油、工业等领域中[10]。

由于选煤厂的各种药剂罐体体积较大，高度也较高，难以通过已有的液位测量装置来判断药剂罐体内的液位高度，因此如何通过一种较为经济、合理而又简易的方式，较为直观准确地得知各个密封罐中的液位状况是一个亟待解决的技术问题。

1 液位计量仪的结构

为了密封罐中的液位状况指示效果较为准确，设计一种简易液位计量仪，结构如图1所示。

1—刻度尺；2—液位指示部件；3—绳子；4—滑轮；5—开孔；6—漂浮物；7—密封罐体；8—液体

本液位计量仪由刻度尺、液位指示部件、绳子、滑轮、漂浮物等组成。其中，漂浮物为由防腐材料制作的浮标球，滑轮悬伸在密封罐体的侧壁外侧；液位指示部件为圆锥状的铅垂体。而且密封罐体的侧壁上设有与液位指示部件相配合的刻度尺，刻度范围与密封罐体内液面的波动范围相对应，且刻度线在刻度尺的刻度范围内均匀分布。

2 工作原理及特点

2.1 工作原理

密封罐体内部装有一定量的液体。密封罐体的上端设置开孔，开孔的旁侧安装一个固定滑轮，此滑轮悬伸至密封罐体的侧壁外侧，用绳状物绕过滑轮上的沟槽而将漂浮物和液位指示部件联接在一起。在密封罐体有滑轮一侧的竖直侧壁上装一个刻度尺，悬挂在刻度尺一侧的绳状物依次穿过固定滑轮和所述开孔，绳子的两端分别连接着液位指示部件(铅垂体)和漂浮物(浮标球)。

刻度尺的刻度根据密封罐体高度的不同而改变。当密封罐体内部的液体装满时，浮标球漂浮在密封罐体内部的最上面，与浮标球连在一起的铅垂体则指示在刻度尺最下端的满刻度上。假定密封罐的高度为100，则此时铅垂体所指示的液位就是100；当密封罐体内部没有液体，即液位为0时，铅垂体的位置处在刻度尺最上端0刻度上，此时铅垂体所指示的液位就是0。刻度尺上的刻度线在位于满刻度和0刻度之间的中间部分自上而下均匀分布，这样密封罐体内液位的高度就可以随时通过铅垂体在刻度尺上所指示的位置而读出来。

2.2 技术特点

该液位计量仪能确保生产的正常运行，主要具有以下特点：

(1)巧妙地运用了浮标球和铅垂体的联动关系，通过浮标球和铅垂体的位置转换使密封罐体内的液位较明显地显示，有效地节约了测量成本，提高了生产现场的工作效率。

(2)装置中设有与铅垂体相配合的刻度尺，不仅提高对密封罐体内液位显示的准确度，而且使操作人员对密封罐体内的液位状况更为直观的认识。

(3)结构简单，使用维护方便，工作可靠，设备检修点少，维护费用低；且操作简单，液位测量的效果好。

(4)所占空间小，不会影响密封罐体内的液体储存。

3 应用效果

研制的液位计量仪是基于选煤厂药剂罐的液位测量，淮北选煤厂现场安装效果如图2所示。当药剂罐中液位变化时，浮标球与罐底的相对位置随之改变，通过滑轮的作用使铅垂体的位置发生变化后，对照刻度尺的刻度显示药剂罐中的液位高度。与选煤厂中原先使用的人工检尺法相比，大大减少了操作人员的劳动强度及人为误差。人工检尺法在选煤厂药剂罐的液位测量中，由于是人为检测，必须将药剂罐打开，罐中液体会造成一定的环境污染，而且操作时的不便会使误差增大。在用本装置对选煤厂罐中的液位进行测量不需要开罐，所得出的结果与原先人工检尺法所获结果比较，其绝对误差值由原来的±2.5 mm降低到±1 mm，符合JJG1014—1989《罐内液体石油产品计量技术规范》,因此可替代人工检尺法对选煤厂药剂罐进行液位测量。该液位计量仪可在药剂罐密封的情况下对罐中液位进行准确的测量，从而避免环境污染。其结构简单，对于检测结果直观了然，相比人工检尺法具有绝对优势，在选煤厂的实际使用中效果良好。

图2 计量仪现场安装效果图

4 结语

这种液位计量仪是一种用于选煤厂药剂罐液位测量的装置，要求所述漂浮物为防腐材料制作的浮标球，且刻度尺上的刻度范围与密封罐体内液面的波动范围相对应，并且刻度尺上的刻度线在刻度尺的刻度范围内均匀分布。淮北选煤厂浮选车间两个液位计量计的应用，能够直观快捷地测出密封罐体内的液位，测量结果准确，能够很好地满足现场生产的需要。但是此装置只是进行初步设计，并没有给出装置的具体尺寸，其具体尺寸要根据生产现场安装的实际需要来确定。

参考文献：

[1] 陈晓东.盘示高精度液位计——油罐液位计量技术的昨天、今天和明天[J].仪器仪表用户,2002(1):50-51.

[2] 蒋 勇,杨 颖.石化企业罐区液位计量检测标准的研究与探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2016(11):10-11.

[3] 齐永生,宋生奎,涂亚庆.储油罐液位测量技术现状与发展趋势[J].石油工程建设,2006(4):1-3.

[4] 李冬梅.国内外液位计量仪表技术发展动向[J].仪器仪表用,2002(3):5-7.

[5] 朱圆圆,易 挺.雷达液位计在石油储罐液位计量中的应用[J].化工自动化及仪表,2011(9):1151-1154.

[6] 李纪扣，司福东.基于数字图像处理的非接触式液位测量方法[J].天津科技大学学报,2017(5):64-67.

[7] 陈 俊,惠 晶.数字式高精度液位计量仪的设计和应用[J].实验技术与管理,2008(9):82-85.

[8] 卫开夏,李 斌,朱信诚.导电性液体新型液位测量方法研究及应用[J].电子测量与仪器学报,2010(10):964-968.

[9] 徐 鸿,郭 鹏,田振华,等.非浸入式超声导波液位测量方法研究[J].仪器仪表学报,2017 (9):128-136.

[10] 陈晓冬.磁耦式双色显示液位计及其应用[J].电子仪器仪表用户,2000(1):45-47.