解決浮球液位變送器的浮球易損可能所作改進思路

　　　浮球液位變送器是一種特別普遍在使用的液位儀表，尤其是在在煉油、化工生產現場， 浮球液位變送器是液位測量不可缺少的儀表之一。雖然目前液位變器品類繁多，基于各種不同測量機制研發出新型儀表不斷問世，但是對于高粘度、高溫而測量范圍較小的場合，依然沒有開創性的測量方案，仍然需要浮球液位變送器這類的傳統液位計才可以實現穩定、可靠的液位測量， 其他物位儀表則很難滿足要求。不斷改進浮球液位變送器， 提高其使用性能， 就十分有意義。本文針對浮球液位變送器的浮球， 分析了浮球液位變送器在現場的使用環境， 通過計算推導，通過向浮球內充液的方法對其改進， 改進其制造工藝，進而提高儀表的使用性能。


 

　　多數浮球液位變送器由檢測機構部件和電路轉換部件組成(見圖1)。檢測部分由浮球、球桿、平衡錘、法蘭、中心軸等組成， 電路轉換部分由傳感器、放大器、電流轉換及指示表組成。
　　以中心軸為支點， 由檢測元件浮球、球桿、平衡錘構成杠桿平衡系統， 當液位變化時浮球受到浮力隨之變化， 其變化量經球桿、中心軸傳動， 使傳感器產生角位移， 輸出電信號， 經放大， 轉換成與被測液位成線性的4 -20mADC 的標準信號， 進行遠距離傳送， 從而實現對液位的檢測。
　　浮球液位變送器還可以附有現場指示功能， 多采用百分比現場指示， 0 %、100 %分別對應4mA 、20mA 。浮球液位變送器的相關指標為:測量范圍0-1200mm ， 工作溫度-20 ℃-450 ℃， 工作壓力≤6 .3Mpa ， 精度1 級， 浮球的大運行角度:35°防爆標志:d ⅡBT5 ， ib ⅡCT6 .
 

　　在浮球液位變送器中， 浮球作為一個關鍵的檢測元件， 起著非常重要的作用， 它是否正常工作直接影響儀表能否穩定的輸出。多數化工過程均為連續生產過程， 液位變送器安裝在被測容器(如塔、罐、釜等)上， 一旦浮球被損壞， 不能正常工作， 就要停車進行檢修， 給生產造成較大損失。所以， 對于檢測元件———浮球應在性能上多進行研究， 以提高其使用壽命， 保證生產安全、平穩。
　　國內外浮球液位變送器生產商， 對浮球的制造工藝多采用兩個半球對焊而成， 沒有采取其他的措施。我們可以采用在浮球內充少量水(或其他液體)， 浮球的重量沒有較大增加， 對測量沒有影響，但在高溫高壓的情況下， 球內液體(如水)就會產生飽和蒸汽， 形成飽和蒸汽壓， 在一定條件下， 飽和蒸汽壓可以達到外部工作壓力， 抵消外部較大的工作壓力， 使浮球內外壓力處于平衡， 保證浮球在受到外力時不會凹陷或變形， 使浮球正常工作。如圖2 所示， 當P外=P內時， 則浮球內外表面受力互相抵消， 球面就不易受外力而發生變形、凹陷等問題。

　　浮球內徑:D內=113mm D外=115mm
　　浮球高工作溫度:T =450 ℃
　　浮球高工作壓力:P =6 .3MPa
　　球的容積為:V =4/3 πr3 (1)
　　將r =D內/2 =113/2mm =0 .0565m
　　代入(1)可得
　　V =4/3 ＊3 .14159 ＊(0 .0565)3 =7 .555 ＊10-4m3
　　我們按浮球液位變送器高溫度、高工作壓力來進行計算， 通過計算該條件下球內飽和蒸汽的摩爾數， 便可以求出充入水的量。
　　由理想氣體狀態方程PV =nRT 得， n =PV/RT
　　(2)
　　其中R =8 .314J·mol＾（-1） ·K＾（-1）
　　T =450 +273 .15K =723 .15K
　　P =6 .3MPa =6 .3 ＊106Pa
　　∴n =（（6 .3 ＊106 ＊7 .555 ＊10-4）/8 .314 ＊723 .15）mol =0 .792mol
　　已知水的摩爾質量為18g mol
　　所以充入水的量為0 .792mol ＊18g mol =14 .26g
 

　　由式(1)可以計算出， 浮球的外體積為V′=4/3 π
　　(115/2 )3mm3 =796328 mm3 =796 .328cm3
　　浮球產生的浮力為(設被測介質為重質油， 密度為ρ=0 .90g cm3):
　　F =ρ＊V′=796 .328 ＊0 .90g ≈717g
　　充入水的量與浮力之比為:
　　0 .792 ＊18/717 ＊100 %=1 .988 %
　　由此可見， 充入浮球中14 .26g 的水僅占浮球浮力的百分之一點多， 相當于粘附在浮球表面的測量介質， 浮球質量可通過計算求出:
　　G =(V′-V)ρ′=(796 .328 -755 .5)＊7 .8g =318 .46g
　　加上所充14 .26g 液體， 其總的質量為:G =332 .72g 。顯而易見， 浮球和內充液體的總重量決定了浮球在測量時介質的浸入位置接近于半球的中心線。根據浮球液位變送器工作原理， 通過調整平衡錘的力臂可克服包括充入液體在內的其他連接件的影響， 使浮球在測量液位時達到良好的平衡， 充入浮球的液體不會對浮球測量帶來附加誤差。
 

　　通過上述簡單的工藝過程， 可以提高浮球液位變送器的使用性能， 增大它的安全系數， 同時， 對浮球液位變送器又不會帶來附加誤差， 是一個改善浮球性能的有效方法。