磁性浮子液位计结冰如何处理

摘要：磁性浮子液位计在各类储罐中的使用量特别大，铭创仪表则是针对于某石化企业的低温储存方式的乙烯球罐在低温情况下使用磁性浮子液位计容易产生结冰现象，影响仪表的正常测量这一难题而采取的改造方案，这一改造方案彻底解决了磁性浮子液位计应用于低温物料储存时结冰的情况, 为低温物料储存采用磁性浮子液位计提供了宝贵的经验，为许多遇到同类问题的用户提供了非常好的思路。

兰州石化460kt/a乙烯装置配套的液态烃罐区于2014年3月1日破土动工, 2015年7月建成投产。液态烃罐区共有14具球罐, 分别用于储存乙烯、丙烯、裂解碳四、抽余碳四、丁烯一、碳五等中间产品, 其中用于储存液相乙烯的有6具容积为1500m3的球罐, 储存条件为压力：1.65~1.75MPa；温度一30~一36℃, 球罐本体材质为低温钢07MnNiCrMoV。为了保证球罐的安全稳定运行, 每一具球罐均安装有双液位计, 一种是伺服液位计, 另一种是磁性浮子液位计。

1、运行现状

球罐自2006年6月建成投用以来, 丙烯、裂解碳四、抽余碳四、丁烯一、碳五球罐的两套液位计运行比较正常, 两套液位计互为备用, 一旦其中一套液位计出现问题, 另一套能够正常指示, 为岗位操作工提供操作依据。而乙烯球罐(R301A-F)自投用以来, 由于设计制造方面存在缺陷, 没有充分考虑乙烯低温储存的特殊条件, 磁翻板液面计表面挂霜结冰严重, 刻度被冰层包裹, 根本无法看到液位指示, 只能够根据伺服液位计的指示进行操作。在伺服液位计定期校对、失灵或者检修时, 无法正常操作, 给球罐的运行带来很大的安全隐患。

2、缺陷改造

为了保证乙烯球罐安全稳定运行, 投用初期磁性浮子液位计结冰就很严重, 开始以为是由于施工时保冷材料没有安装好、保冷材料的厚度不够等原因造成的, 因此对保冷材料全部重新安装并增加了保冷材料的厚度, 但效果不明显。后又组织岗位操作工对磁性浮子液位计上的冰定期进行人工清理, 由于乙烯球罐容积大（1500m3），液位计长约12米，清理难度非常大，在清除作业过程中涉及高空等危险作业，增加了员工的工作危险性和劳动强度，而且经过人工清理的液位计在运行3~4小时后，又开始挂霜结冰，运行周期太短。另外每次在清除结冰的过程中, 都会对磁翻板液面计和阀座有所损伤, *终可导致磁翻板液面计损坏报废。后来又尝试切断液面计根部阀切断, 采用自然化冰的方式来清除挂冰, 这样虽然减小了操作工的劳动强度, 但这种办法除冰时间太长,对安全生产不利。为了彻底解决磁翻板挂冰的现象, 经过反复论证, 技术人员提出用工厂空气进行吹扫的方案并在其中一具乙烯球罐上进行试验。通过试验发现用工厂空气连续吹扫挂冰的液位计, 基本能够彻底解决磁性浮子液位计挂冰。

试验于2015年10月初开始,2015年12月底结束，实验初期由于气温加高（约25°C），防止结冰的效果好；到了冬季严寒季节，又暴露出由于工厂空气带水仍然出现使液位计结冰现象。针对上述情况, 考虑对工厂空气进行加热, 并于2016年1月又经过为期个月的试验和观察, 严寒季节磁翻板结冰也得到彻底解决。图1为冬季所拍摄的照片, 与改造前相比效果非常好。

图1 液位计改造后的照片

磁性浮子液位计改造后的现场情况

此次试验的成功为彻底解决乙烯球罐磁翻板结冰提供了宝贵的经验, 因此将试验期间所用的临时管线和设备经过进一步完善, 于2016年4月底完成全部乙烯球罐（R301A-F）磁性浮子液位计的改造, 液位计上的空气吹扫管为自制设备, 进气端装一阀门用于调节空气量, 另一端封闭, 在靠进液位计翻板侧每间断开5cm一个中的孔用于空气吹扫为保证吹扫空气的温度在加热器出人口增加一旁线, 流程见图2。

乙烯球罐（R301A-F)磁性浮子液位计全部改为工厂空气吹扫后, 磁性浮子液位计的指示非常准确和清楚。系统所用工厂空气由乙烯装置工厂空气管网提供, 加热热源利用球罐区低压蒸汽凝液, 参数如下:

(1)工厂空气:0.6mpA,常温

(2)低压蒸汽压力:0.35MPa, 温度140℃。

经过摸索和观察, 工厂空气吹扫系统夏季可以不开换热器, 冬季气温较低时可将换热器投用, 保证吹扫空气的温度在35~40℃即可满足工艺要求, 由于利用了低压蒸汽凝液余热, 不消耗蒸汽是此次改造的一大亮点。

一、本文概述

磁性浮子液位计在各类生产罐区是一种特别常见的液位仪表，不仅适合于现场液位数据的直接观测，也方便通过配置相应的远传装置来实现测量数据的远传，它具有结构简单，读数直观、观测无盲区、安装使用维修方便，且液位指示器与测量介质完全隔离等优点，被广泛地应用在石油、化工、电力、冶金、医药等行业的液位测量中。但对于在环境温度很低的炼油厂液化汽球罐区，目前国内外普遍使用的磁浮子液位计，存在很多安全问题，特别是低温冻结浮球导致无法显示液位的问题，

其工作原理源于浮力和磁性耦合。以前传统老式产品都是采用下端浮子腔为一盲肠结构不过由种种原因，其设备盲肠在在石油石化系统是一大安全隐患，因为管道中测量介质的具有腐蚀性杂质的积聚会对该处焊缝产生应力，腐蚀开裂；并且长期测量过程中，测量介质中的水分会在该处沉降，冬季来临时温度过低，便会产生冻凝的风险，这些隐患时刻威胁着企业的安全。笔者通过本文提出了一种新型结构设计方法，它其产品结构摒弃了传统的盲肠结构设计，可以*大限度地减少测量管内的腐蚀性杂质的沉积，减少浮球室内积水，以防止浮球被浮球室内的积水冻住，具有结构简捷、使用安全可靠的优点。彻底克服了老式磁浮子液位计的一些缺点，特别适用于炼油、化工厂球罐装置上的液位测量。

二、结构原理与工作方式

磁性浮子液位计主要由主导管、液位指示器、磁浮球、排污阀等部件组成。该系列液位计是根据液体对磁性浮子产生浮力及磁性耦合的原理设计和制造的。磁性浮子置于不导磁的主导管内，通过主导管内介质的浮力作用，使浮子随着液位上下移动，从而带动主导管外的液位指示器作同步升降来显示液体的位置。该系列产品除了配上指示标尺作就地指示外，还可以配备报警开关和信号远传装置，前者作高低报警用，后者可将液位转换成4 ～ 20mA 的直流信号送到接收仪表，并有隔爆和本安2 种结构供选择。

三、现状分析及存在的问题

作为一种广泛应用于石油化工等行业的承压储存设备，球罐具有应力分布均匀、同体积下使用材料*少、占地面积小、规格从50m3 ～ 10 万m3 应有尽有等优点[2]，因而在球罐上的液位测量显得日益重要。近年来，液化气球罐和其他压力储罐的就地液位测量，在油气储运部门是个棘手的问题，多数还是一直沿用玻璃板液位计人工观测。这种方法缺点较多:

①如玻璃板液位计本身的质量不高，包括阀门、管接头等，常会发生泄漏；

②在液化气输送中因管道和罐体被硫化物腐蚀， 生成的杂质常堵塞玻璃板液位计；

③ 测量结果误差较大。现在正逐渐选用基于磁耦合原理设计的磁性浮子液位计代替玻璃板液位计，此液位计是基于阿基米德定理，磁性浮子在液体中产生浮力，根据磁铁同性相斥，异性相吸的性质制成[3]。但传统的磁性浮子液位计也存在一些弊端，如其下端浮子腔为盲肠结构，设备盲肠在石油石化系统是1 个大的安全隐患，介质腐蚀物的积聚对该处焊缝产生应力腐蚀开裂，介质中的水分在该处沉降，冬季有产生冻凝的风险，这些隐患时刻威胁着企业的安全。

四、 方案设计介绍

无盲肠磁性浮子液位计是*新研发的一种新型磁性液位仪表，如图1 所示。

它采用独特的结构设计，并充分利用了防冻磁性浮子液位计和磁性真空液位计2 个**产品的优点，彻底克服了老式磁性浮子液位计的一些缺点，特别适用于炼油、化工厂球罐装置上液位的测量。其浮子腔的设计，消除了盲肠结构带来的应力腐蚀、结垢、冻凝问题。本实用新型技术方案所能达到的有益效果是：由于液相连接管与排污管的底侧部相连通，贮存罐处在低温环境下也无需外部加热，当贮存罐内液体介质的液位低于主导管的液相连接孔时，液体介质可全部回流至贮存罐内，不会滞留在主导管内，也就不会出现液体介质结冰凝固浮球而无法显示液位的现象，保证了磁性翻板液位计在低温环境下仍能正常使用。顶端浮子腔的设计、浮子上浮的气阻尺寸均经过计算和试验，测量精准达到100% 准确，如图2 所示。

下连通管与容器接管为同一平面，介质不会产生沉积物，避免普通液位计经常清洗易燃易爆介质带来的作业风险。

防冻磁性浮子液位计。其原理为真空隔温结构，夏季防晒，冬季防冻，主体管采用厚壁设计，保证内外压差的强度和稳定性。对冬季无热源伴热或伴热温度对介质产生汽化的场合特别适用。防冻磁性翻板液位计，包括有主导管、磁浮球、法兰盘和排污阀，磁浮球位于主导管内，主导管的壁壳由内外双层壁壳体构成，在该内外双层壁壳体之间形成密闭的腔室；主导管上开设有汽相连接孔和液相连接孔，该汽相连接孔和液相连接孔将主导管的内部与外部相连通；主导管上还设置有抽负压管，该抽负压管与密闭的腔室相连通，密闭的腔室由环绕的侧壁腔室和与其相连通的底部腔室构成。

磁性浮子液位计，主要包括主导管、液位显示器和磁浮球。主导管壁壳由双层壳体构成，在该双层壳体之间形成密闭的腔室，主导管上开设有汽相连接孔和液相连接孔，该汽相连接孔和液相连接孔将主导管的内部与外部相连通。本实用新型技术采用上述解决方案所能达到的有益效果是：结构简单，将主导管的壁壳制作成其间设有腔室的双层壳体，再将该腔室抽成真空，如图3 所示。

这样就可以通过该真空的腔室将主导管外的环境温度隔绝在主导管外，使得主导管内的液体在低温环境下无需通过外部加热来防止其凝固，在高温环境下某些液体介质也不会产生影响。

五、无盲肠磁性翻板液位计的优点分析

1) 产品外型美观、结构设计简捷、精致合理。

2) 主导管内上下都装有保护弹簧，可防止浮球撞坏。

3) 下法兰旁管采用独特的无盲肠结构设计，可以*大限度地减少浮球室内积水，以防止浮球被浮球室内的积水冻住。

4) 主导管采用独特的抽真空技术，达到绝热保温的作用，特别适用于低温工况下使用。

5) 采用稀土材料特制的磁钢，磁力强且不易退磁。

6) 独特的结构设计可以使主导管内的沉积物直接通过下连接法兰进入罐内，不用清洗。

7) 顶端浮子腔的设计，浮子上浮的气阻尺寸均经过计算和试验，测量精准达到100% 准确。

六、应用效果及前景

该产品经过了近一年的试用，各种性能指标完全达到了预期的设计目标，并在石化公司油品车间等场所投入使用，效果良好。不仅使产品质量和合格率得到了提升，而且大大提高了设备运行的安全性，同时也降低了工人的劳动强度。目前已在**多个炼油厂油品车间进行推广应用，成效显著。

3、结束语

经过此次改造从根本上解决了磁性浮子液位计结冰严重的现象, 为低温物料储存采用磁性浮子液位计提供了宝贵的经验, 同时为乙烯球罐安全稳定运行打下了坚实的基础。其实如果冬季现场周围环境温度不会太低导致翻板刻度指示器结冰，而只是介质温度较低容易结晶，那么可以直接选用防冻保温磁性浮子液位计，更加简单也更加节省成本。