一种双层罐车（低温）表盘： 差压式液位计检验工艺及方法分析

魏元生

（山西省检验检测中心（山西省标准计量技术研究院）特种设备检验技术研究所，山西 太原 030031）

为满足工农业生产及经济发展的需求，我国危化品物流运输已形成多样化、多品种、多形态的格局。由公路、铁路运输发展为公路、铁路、海运、航空运输、管道输送等多样化运输形式。运输的品种也由不易燃、不易爆、无毒向易燃、易爆、有毒、剧毒多品种方向发展，运输的形态也由单一的液体、固态发展为液体、固态、气态、液化气体（相变）多形态方向发展。其中，尤以公路运输危险巨大，公路运输多以常压罐车和带压罐车为主。其中，低温带压罐车的相变液体过量充装会带来罐内压力增高、罐内介质浪涌变大、罐车上坡和下坡难以控制、牵引车牵引力不够、走行装置超载等安全运输问题，危害非常严重。如何控制其充装不超过最大充装量，就必须对其液位计进行严格检验。目前全国大部分检验单位基本上没有什么好的检验器具和检验办法，本文介绍了一种适用的检验低温罐车液位计的检验装置和办法（已取得实用新型专利，专利号：ZL2021 2 1925436.3）。

1 表盘——差压式液位计工作原理

（1）容器中盛有液体介质时，由静力学可知，介质对容器在各个方向上产生静压力。当液体密度均匀（不考虑温度对密度的影响），由于重力作用而产生的静压力与介质的高度成正比。

如果是敞口容器，则底部承受压力为：P=（P。+ρgh）-P。=ρgh

其中：P——容器底部的静压力mm水柱

P。——大气压力mm水柱（容器内、外大气压力相抵消）

ρ——介质密度Kg/m³

g——重力加速度Kgf/cm2

h——液体液位高度mm

由于介质密度（密度不受温度影响时）、重力加速度均为常数，这时压力和介质高度成正比例线性关系。

（2）密闭容器中盛有液体介质时，由静力学可知，虽然介质也对容器各个方向产生静压力，但与敞口容器有区别。

如果是密闭容器，则底部承受压力为：P=P’+ρgh=（P”-P。）+ρgh

P——容器底部的静压力mm水柱

P’——容器气相空间气体压力减去大气压力即表压力mm水柱

P”——容器气相间气体压力mm水柱

ρ——介质密度Kg/m³

g——重力加速度Kgf/cm2

h——液体液位高度mm

由于介质密度（密度不受温度影响时）、重力加速度、密闭容器气相间气体压力与大气压力的差值均为常数，这时压力和介质高度在附加常数上依然成正比例线性关系。

（3）表盘——差压式液位计工作原理。

表盘——差压式液位计就是解决密闭容器中介质液相液位高低的一种压力远传检测仪表，而利用差压式液位计工作原理来检测差压式液位计精度的系统就是差压式液位计检测装置。

表盘——差压式液位计工作原理：由上述密闭容器压力分析可知，表盘——差压式液位计是利用容器内液位发生变化时，液相和气相产生的压力变化的差值就反映了液位变化。对一定温度下（固定地方）的液相介质，其密度不发生变化；大气压力不发生变，容器内的气压也不发生变化。那么，只能是气相压力和液相压力的变化差值，反映了液相液位变化。而液相液位变化就表示密闭容器内的盛装量发生了变化。这样，就便于我们解决密闭容器最大盛装量的问题。

2 表盘——差压式液位计现场检验装置

（1）表盘——差压式液位计检测系统的构成：由气相连接口、液相连接口、气相与液相间的平衡管、1个中心板（中心板两端连接气相波纹管组件和液相波纹管组件）、波纹管组件（包括1对或2对弹簧元件，高、低压波纹管间用1个中心轴相连）、中心轴组件（中心轴与装在中心板内的扭力管组件正交，整个腔体充满工作液、扭力组管件的输出轴通过连杆机构与钟表系统连接）、钟表系统（芯轴上安装指针直接在园刻度表盘上读值），并且在高低压波纹管组件的外端分别装有带管接头的压力罩。盘式——差压式液位计内部是由气相和液相2个波纹管各自连接气相与液相连接管，气相和液相压力变化时，波纹管由于压力不同，发生不同的位移变化，产生压差，在此压差下扭力组管件带动转轴转动，转轴转动带动联动机使表指针相应转动，在表盘上显示一个液位数据。

（2）差压式液位计现场检验装置：由储液罐（介质：水）、氮气瓶、气相连通管（2套）、液相连通管（2套）、平衡管（2套）、水泵（2台）、水箱（1个）、板式液位计、压力表（3块）、流量计（2个）组成。装置详见图1。

图1

安装完成后进行气密试验和耐压试验，确保系统无漏气、泄压、回流现象。各阀门无卡死现象。

（3）表盘差压式液位计现场检验工作流程及方法。

①现场工作流程

a给密闭容器（储罐）用氮气加压到一定压力P，打开水泵给储罐加液到气相空间压力P。时，记录板式液位计液位值H。

b打开水泵给储罐加液到气相空间压力P1时，记录板式液位计液位值H1。打开经检定合格和需检定的盘式液位计气相连管、液相连管，关闭平衡管，记录此时2块液位计刻度计数A1、A2（A1或等于A2），泄压至P。，板式液位计液位值恢复到H。

C打开水泵给储罐加液到气相空间压力P2，记录板式液位计液位值H2，打开检定合格和需检定的盘式液位计气相连管、液相连管，关闭平衡管，记录此时两快液位计刻度计数A11，、A22，（A11，或等于A22，），泄压至P。，板式液位计液位值恢复到H。

经3次以上反复此过程，记录多次数据后，用需检定的液位计与检定合格的液位计数据比对分析，数据一致或误差在范围内，需检定的液位计检验合格。

②检定方法

采用检定合格的标准表与检定表进行比对的检测方法，由P1V1=P2V2，若P1/P2=C（C为常数），则H1/H2=C，同时A1/A2，=A11/A22，=C，表示检定表与标准表检定数据一致，检定合格。或使用相对误差与绝对误差进行分析：即|A1-A2|与|A1-A2|/A1,|A11-A22|与|A11-A22|/A11进行误差分析，控制其误差在范围内，即为合格。

3 单层罐车浮球式液位计检验的现实意义

（1）低温罐车结构简图（如图2所示）

图2

低温罐车是由卧式放置的储罐和底盘大架组成。

（2）密闭容器中液位与重量关系

由储罐内液体积计算公式：V=V1+V2，m³；

V1=πD2LK/4，m³；

V2=0.2155H2*1.5D-H），m³；

V=V1+V2=πD2LK/4+0.2155H2*（1.5D-H）=πDHL/4+0.2155H2*（1.5D-H）m³；

其中：D——储罐直径mm，L——储罐两封头环焊缝间距离mm，K——系数，K=H/D,H——液位mm。

由此可以计算出不同液位高度的液体体积，体积通过一定温度下的密度又可以和重量对应，就可以通过精确检测液位计，达到控制精确液位，从而控制液体体积，也就是控制最大充装量。

（3）实际应用

对于不同的低温液体，有不同的充装系数。在不同温度下，又有不同的密度。我们通常指常温下的状态，即在一个标准大气压下，环境温度为20℃的条件。在实际工作中，为了方便装卸操作，给出各种不同液体在一定温度下的液位——体积曲线图，通过图可以查出不同液位下的体积，换算出此时的重量，以LNG低温罐车为例。

图3

低温液体重量：G=ρ*V，其中：V——表中查出的对应于液位计记录的液位高度Hmm时液体的体积，单位：m³；ρ——对应于一定温度下的低温液体密度，单位：kg/m³。

4 液位计常见问题及建议

（1）仪表静置时，指针偏移零上或零下几小格，应当对指针进行调零。

（2）罐车内液体高度变化时，仪表指针停止于某刻度不动。传感元件或传动机构出现问题，应当更换损坏的零件。

（3）关闭平衡阀，仪表处于工作状态时，仪表指针停止于满刻度或零位以下不动。气相连管、液相连管可能充气堵塞或平衡管未关断。

（4）使用过程中指针跳动，气相连管、液相连管可能漏气或平衡管管路漏气。

（5）表盘内出汗，液相波纹管有泄漏。

5 结语

低温罐车盘式液位计检测不仅是《移动式压力容器安全技术监察规程》规定的检验项目，其计量是否准确，关乎危险化学品液体充装量是否正确，关乎相变液体是否超装，关系到罐车运输的安全，关系到人民生命财产安全，关键仪表的检测，既是检测的死点，也是检测的难点，同时也是低温罐车现场检验的盲点，其检测方法和装置更是检测研究的目标。