一种智能液位检测排水金属阀门防腐蚀设计与应用

程 松

（南京恩瑞特实业有限公司，江苏 南京 210000）

空气经过空气压缩机以后形成高压的气体输送给应用高气压的机器设备，不过在这过程中，输送高压气体经过管道后温度会降低，从而产生一些冷凝液体。这些冷凝液长时间堆积会对管路造成气堵，还容易锈蚀管道，造成一些安全隐患，所以需要定期排出这些冷凝液。但是如果排放不得当，很容易将有用的气体排出管道，造成气压降低，空压机负荷增加，用电量增加。本文针对不同管道所凝结的不同成分的冷凝液设计出能够进行精准排放的智能排水金属阀门，金属阀门在排除冷凝液同时也保证有用的高气压空气不被排除[1]。

1 传统排水阀门与智能液位检测排水金属阀门比较

空气压缩机冷凝水排放一般情况是由人工定时排放，根据工程经验，由专人看管维护，所以耗时费力。并且冷凝水有时候排水量随着季节天气等影响改变，人工很难把握好排水节奏，有可能造成排放不及时，从而引起管道气堵。随着技术的进步，定时排水阀门被生产出来，但是定时排放的节奏很难控制得当，往往引起不必要的排气，造成整体系统的气压损失。

智能液位检测排水金属阀门则无需人工定时检查和排放，极大节约人力成本，只需定期维护检查是否工作正常，尤其适合无人值守的空压机站或者有大量空压机的工厂。另外智能液位检测排水金属阀门可以经可能减少由于冷凝液排放所造成的管道压力损失与变化，使管道压力平稳运行，并且排放冷凝液效率更高。下表就是三种排水方式的比较说明[2]。

表1 三种排水方式比较表

从上表可以看到，人工排水方式对人力消耗最高，目前在目前人力成本颇高的今天已经较为不合适了，材料成本最低，维护成本主要是工人工资上很高，而且在实时性和故障率方面都不理想，气体的压力损耗也较高，综合起来在三中方案中是较差的方式。智能液位检测排水器方式对人力消耗最低，材料成本最高，维护成本主要是智能液位检测排水器的采购，虽然初始投入较高，但在实时性和故障率方面都很理想，气体的压力损耗也很低，综合起来在三中方案中是最合适的方案。

2 智能液位检测排水金属阀门的结构与原理

智能型非接触式液位感应器（以下简称液位感应器）采用了先进的信号处理技术及高速信号处理芯片，突破了容器壁厚的影响，实现了对密闭容器内液位高度的真正非接触检测。液位传感器（探头）安装于被测容器内U型孔套内，可实现对高压密闭容器内的各种有毒物质、强酸、强碱及各种液体的液位进行检测。

2.1 金属阀门设计特性

①非接触式液位传感器，由于非接触测量，不会受到强酸强碱等腐蚀性液体的腐蚀，不受水垢或其他杂物影响；②智能化液位基准调整及液位记忆功能；③检测准确稳定，可检测沸水液面；④纯电子电路结构，非机械工作方式，性能稳定寿命耐久；⑤高稳定性，高灵敏度，刚干扰能力强，不受外界电磁干扰，针对工频干扰及共模干扰有做特殊处理，以兼容市面上所有的5～24V电源适配器。

2.2 工作原理

智能型非接触式液位感应器是利用水的感应电容来检测是否有液体存在，在没有液体接近感应器时，感应器上由于分布电容的存在。因此感应器对地存在一定的静态电容，当液面慢慢升高接近感应器时，液体的寄生电容将耦合到这个静态电容上，使感应器的最终电容值变大，该变化的电容信号再输入到控制集成电路中进行信号转换，将变化的电容量转换成某种电信号的变化量，再由一定的算法来检测和判断这个变化量的程度，当这个变化量超过一定的阈值时就认为液位到达感应点。具体测量公式如下。

上式中，C1是测量液位的感应电容，这个电容大小随着水位变化改变，从而造成了脉冲宽度TL和脉冲宽度TH的改变，整个电路的频率也就随之改变，这个频率电压U被单片机计算后给出具体水位变化。这里主要采用的测量频率电路由一块NE555芯片和其周围电路组成，具体如下图1所示。

图1 水位低于电极时

随着冷凝水进入排水器的储存罐，达到低水位线时，与低水位电极接触，这里是隔着套管接触。这时候低位电极与水接触，电容变小，使得一片NE555输出的频率改变，51单片机就能识别改变的频率，从而发现低液位的积水发生。不过这时候不需要排水，因为积水还很少，经常排放会造成气压不稳。随着冷凝液的积聚，壳体内液位的升高。逐渐接近高液位电极，当接触到高液位电极时，高液位电极的电容变小，高液位信号产生。在智能排水器中，单片机运行程序按照如下的循环状态，可以看到总共分成五个状态，每个状态有特定的触发条件，程序的状态机在五种状态中切换。随着不同的触发条件，它们会转移到下一个状态。通过整个外围循环过程，完成了整个智能排水的步骤。

2.3 智能排水金属阀门防腐设计

排水阀门是属于防腐阀门领域和气动活塞执行机构及手轮机构方面的发明创造。它的任务是针对现有的特种不锈钢材料控制阀，其防腐效果差，成本造价高，使用寿命短等不利因素。此外与该控制阀配套的气动活塞执行机构，用于调节控制系统时，活塞缸内壁则需要经过镀硬铬处理，故制造成本大，不经济适用。因此针对上述问题，本发明提供一种防腐蚀、强密封，程控智能化，带氟波纹管的控制阀，并在活塞缸内壁设有氟塑料衬层，以保护其内壁光滑，抗腐蚀，对活塞密封起到保压作用。该执行机构功能齐全，手动／自动均可实现控制，其手轮机构整体布局合理，操作方便、省力。本发明设计新颖，结构合理，动作可靠，适用性强，是一种应用较广的新型防腐控制阀

3 结语

本文主要提出了一种基于非接触液位感应的智能排水器，该排水器采用螺纹电容作为测量液位的主要方式，并结合NE555电路和测频单片机技术，能够很好的解决水位测量的问题，从而在储水罐过满之前排水，接着在水位低过预设线之前关闭金属阀门。通过该方案设计，单片机与电磁阀门精密配合，可以达到及时有效排放冷凝水避免气堵，并同时能够减少系统内气压损耗的目标。