磁翻板水位计改进与应用

董文生，周志军

（东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318）

水位计是水利、石油、化工、冶金、电力等领域不可缺少的部件。虽然它的体积相对很小，结构也很简单，但却是加热锅炉运行重要的安全保障[1-2]。全球每年都有许多工业锅炉和热水锅炉因水位计的原因发生爆炸等重大事故。加热锅炉保证油库原油的输送，水位计保证锅炉安全，可见水位计的重要性。目前，国内水位计的发展更新的速度非常缓慢，从1949年以来国内单个机容量已经从35 t/h增长到1 000 t/h，水蒸气的参数也从中等压升至到亚临界。水位计作锅炉辅助部件之一，大部分的制造厂依然还在使用国外20世纪20-30年代的落伍产品[3]。在20世纪60-80年代期间，高精度测液位计是各国主要研究方向，使用伺服马达的伺服式液位计，解决了摩擦引起的误差，灵敏性度、复现性大幅度提高。期间分别研发出6500 型伺服液位计（美国VARE），811 型伺服动力液位计（荷兰ENRAF），它们测量准确度高达0.01%。在此之后又研发出854ATG 多功能伺服液位计、BM-60 储罐测量系统多功能伺服水位计[4]，它们能一同测量4 种不同介质的各项指标，还有防泄漏、自动报警功能。通过对以上的多种水位计的优缺点分析，筛选出适合国内油库加热锅炉所用的磁翻板水位计，但经过长期使用发现了杂质堵塞、拆卸复杂、连通管直径过细等问题，针对这些问题进行改进设计。

1 锅炉水位计种类

1.1 带白云母片玻璃板式水位计

此水位计是国内目前使用最多的一种，结构较为简单，观察直接，但缺点很多，例如不能连用调节设备，传送水位信号也不可以，必须有员工就地观察水位情况，消耗人力较多；云母片还得进口，价格昂贵（2 000～3 000 元/kg）；与此同时非常容易漏损，所以它逐渐被淘汰[5]。

1.2 石英玻璃管式水位计

此水位计与上一水位计相比较，本水位计具有以下几种优点；寿命长（4 500～5 300 h）；安全性较高，能观测水位长（达300 mm）；指示清楚明显，白天无需光照；有防护装置，汽水不容易喷出；维修便捷，属于经济型[6-7]。

1.3 磁翻板水位计

此水位计适用于石油、化工等工业领域的液位指示，该液位计结构简单，观察直观、清晰，不渗漏，安装方便，维修简单。由本体、翻板箱（由红白双色磁性小翻板组成）、浮子、法兰盖等组成，可用于多种类型容器以及锅炉等的介质液位检测[8-9]，根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成，并且指示清晰度较好，不容易破裂，测量无盲区，显示度高，测量广范，还具有优秀的可靠性以及耐腐蚀性，适合在油库加热锅炉上使用[10]。

2 磁翻板水位计现存在的问题

2.1 出现杂质堵塞

油田公司主要使用磁翻板水位计，经过长期的使用磁翻板水位计出现下列一些问题。油库使用单台磁翻板水位计，用两根直径16 mm 的连通管将炉与液位计连接，一个磁性浮球在炉内，多个磁极位于球体两侧[11]。其测量的基本原理是炉内的水位波动让浮球上下运动，由于球的磁力作用使磁极上下翻转，所表示出不同的颜色的水位。在现场运作中，高温影响锅炉本身的材质，有金属氧化物杂质生成，锅炉内水质受污染，导致水位计磁性浮球卡住，不能上下浮动，以及水位计与炉体连通管堵塞，系统正常运行不了，导致无法观察真实水位，炉内水位过低则报警，致使生产停运[12]。

2.2 拆卸复杂

水位计3 到5 天就要拆卸清理，在拆卸水位计之前，需打开炉体底部排水阀，将炉水排放至液面低于水位计与炉体下侧连通管，防止炉水外流。在清理水位计内部堵塞物、通管、安装过程中，空气进入炉体，产生正压。水位计清洗安装完毕后，需要调动水罐车对加热炉进行补水。而且冬季较冷，大大增加了员工劳动程度[13]。

2.3 连通管直径过细

炉体本身与水位计通过连通管相连接。利用连通器原理炉体内的液体可流向水位计内，通过水位计观测炉内液位状况。但是目前所用连通器直径较小，容易出现流通不顺的状况，导致数据不准，造成事故[14]。

3 磁翻板水位计的改进

根据实际情况，油田对水位计进行多次改进，分别使用磁铁吸附液体里的杂质，扩大连通管以及装置具有隔离性能的阀门。

3.1 磁翻板水位计改进目的

为解决以上问题，在加热炉运行过程中，多方探索试验，对水位监测系统进行了改进，研制出一种新型磁翻板水位计。该水位计设置了冲洗、排污功能。通过开关阀门即可实现定期冲洗水位计，简单易行，有效减轻了员工的劳动强度，同时解决了水位计堵塞问题，保障了加热炉的水位真实可观，避免了低水位报警、停炉现象的发生。

3.2 水位计的改进具体措施

3.2.1 安装磁铁吸附杂质

将4 块圆环形磁铁安装到炉体两侧靠连通器的位置（如图2）。杂质被磁铁吸附，水位计的清理周期延长到8～12 天，与此同时，又在缸体底部法兰外安装一块适中磁铁，将清理周期有延长至12～30天。

图1 改装前水位计

图2 改装后水位计

3.2.2 扩大连通管径以及配置隔离控制阀

把原来连接锅炉与水位计直径16 mm 的短接管改为直径20 mm，并且按调节（1）和（2）阀门，对炉体与水位计进行隔离控制（如图3）。因此，对水位计拆卸时不需要排低炉水。

图3 扩大连通管径以及隔离阀安装改造图

3.2.3 水位计本体改进

拆除原来水位计，连接法兰，安装一个高700 mm，直径200 mm 主稳定缸，加强水位计吸收杂质的能力。并且将两块活动的磁铁块安置在缸体底部法兰外侧，加强吸附能力，使水中的金属杂质在进入水位计前先被吸附。同时把一个翻磁板水位计连接到主稳定缸两侧，完成两个水位并联读数，提高数据的真实性。另外，在主稳定缸的上部及下部安装排污阀门，有利于两侧的水位计与主稳定缸独自清污。

4 改进之后水位计的具体操作及效益

磁翻板水位计的改进，可以推广到其他单位使用磁翻板水位计的锅炉、加热炉系统上，能够有效保障设备的可靠运行。

4.1 具体操作

a.关闭阀门（1）（2），将隔离水位计和炉；

b.卸载永磁铁（16），关阀门（4）（5）（7）（8），打开阀门（11）（10）（15），单独冲洗主稳定缸；

c.关闭阀门（11），打开阀门（4）（5）（6），单独冲洗水位计（12）；

d.关闭阀门（6）（4）（5），打开阀门（7）（8）（9），单独冲洗水位计（13）；

e.关闭阀门（9）（10）（15），打开阀门（4）（5）（7）（8）（1）（2），水位计恢复运行。

因此，阀门（6）（9）（11）与软管一一连接，冲洗俩侧水位计和主稳定缸。水位计正常运行时，把一台磁翻板水位计的隔离控制阀门关闭，只冲洗该磁翻板水位计，由另一台继续检测炉体水位。

图4 水位计与加热炉炉体连接图

4.2 经济效益评价

水位计改进之前3～5 天进行一次冲洗，按照5天一次冲洗，采暖期270 天，需要冲洗54 次，单台炉用水量约1.89 t，一个采暖期需要消耗102.3 t，浪费水严重。此水位计改进之后，通过一个采暖期的试工作，它的清理周期从3 天变成约30 天，可以一个开关解决冲洗、排污功能，一个完整的过程只需要两位员工耗时5 min，并且经一个采暖期的使用后，经计算单台加热锅炉节水量约为85 t。

图5 新型磁翻板水位计结构及冲洗连接图示

表1 新型水位计各部位名称

5 新型水位计的发展趋势

（1）当代水位计应该具有相对较高的分辨率。电站炉基本为15 mm，但希望小于10 mm。核电设备要求可以分辨100 mm 的液位波动数值。所以，必须努力探寻水位测定办法的更新，避免应用连通型水位计，采用锅炉内直接测量法[15-16]，提高精度及可靠性。

（2）使用阿拉伯数字显示液位值，不可凭视觉直接观测。如果水位值越过规定差范围，可自动报警。

（3）可与计算机连通，并能够自动调节，自动化控制。当水位值降低至一定限度时，进水系统可自动调节，如果锅炉水位始终维持在规定范畴内，一旦有事故出现，可立即给员工报警[17-18]。

（4）结构相对精简，维护修理便捷，经济实用，久耐度高，寿命长。