磁致伸缩液位计在二硫化碳计量上的应用
作者：周庆人；陈继葆





1、二硫化碳计量的困难性

       二硫化碳是粘胶化纤的主要原料 , 此外还广泛的应用于医药、农药、促进剂、助剂、溶剂等方面 , 是一种重要的化工原料。因此 , 无论是在交易中 , 还是在工厂生产的内部成本管理中 , 对二硫化碳的计量都是必需的。但是 , 二硫化碳易燃易爆 , 在众多的石油化学品中 , 它是最危险的化学品之一。为了保证使用的安全 , 在运输和储存中都采用水封的方法 , 因为二硫化碳在标准状态下的密度为 11262g/ cm3 , 比水重的多 , 所以在运输和储存的容器上方加上水 , 避免其挥发和与外界直接接触。这样做安全是保证了 , 但却给计量增加了困难。由于二硫化碳总是伴有水 , 因此 ,不能简单地用流量计进行计量。如果用流量计计量 ,必须在流量计之前增加一个装置 , 首先判别流过的是水还是二硫化碳 , 这就使计量变得很复杂 , 而且大大增加了成本 , 所以这种方法是不可行的 ; 由于伴有水 , 称重法计量也不可取。鉴于这种情况 , 通常采用容积计量法。

采用容积计量 , 其计量器具必须做到如下几点 :

(1)必须是界面测量 , 而不是简单的液位测量 ;

(2)必须具有很高的精度 , 至少应优于 0.12 % ;

(3)按照防爆规范 , 二硫化碳应当属于本安IIC 级 T5 组。即计量仪表的防爆级别应为EiaIICT5 以上。

2、现行的计量方法及存在的问题

目前二硫化碳计量主要有以下几种方式。

2.1.1人工计量法

       在铜棒上涂上铅油 , 插入容器内 , 由于二硫化碳和铅油发生化学作用 , 使铜棒变黑 , 而水与铅油不反应 , 保持原色。铜棒在容器内停留一定时间后取出 , 用皮尺或钢卷尺测量发黑部分的长度 , 即代表二硫化碳在容器中的液位高度。这种方法每测一次都要涂铅油 , 都要把容器打开、关闭 , 非常耗时、费力 , 并且有气味 , 有损操作者的健康。更主要的是测量误差大。首先 , 铜棒在容器内是否垂直、容器底部是否水平而引起的误差 ; 其次 , 铅油涂的多少 , 铜棒插入时间的长短 , 界面是否稳定等诸多因素也会引起测量误差 ; 再者 , 皮尺、钢卷尺本身精度就不高 , 拉的松紧也会有影响 , 不同的人测量结果也不同 , 而且还会发生很大的偶然误差。通常来说 , 人工测量的绝对误差至少在 5～10mm 以上 , 对于一个直径为 2600mm , 长为 12912mm 的大罐 , 引起的计量偏差为 26215 ～41615kg , 价值约68215～108219 元。

2.1.2 磁翻板式液位计

       利用水和二硫化碳密度的不同 , 采用浮球原理来测量二者的界面 , 并以磁耦合的方式带动翻板来显示界面高度 , 或引发干簧继电器动作输出远传电信号。该类仪表由于有翻转及干簧离合等机械动作环节 , 随着时间和环境的变化 , 极易发生故障 , 可靠性不高。一般误差都在 ±1 %F·S , 甚至更大 , 难以作计量用。

2.1.3射频导纳式物位计

        射频导纳式物位计是在电容式物位计的基础上发展起来的一种新型仪表 , 它是根据水和二硫化碳介电常数的不同来测量两者的界面。该表安装方便 , 性能可靠 , 最小精度为 ±015 %F·S , 作为一般显示和控制尚可 , 但用于高精度计量是不适宜的。基于上述情况 , 二硫化碳计量一直是一个大难题 , 寻找精度高、性能可靠的计量仪表也一直是交易和生产的迫切需要 , 而磁致伸缩式液位计正是这样一种理想的计量仪表。

3 、磁致伸缩式液位计的原理和特点

        磁致伸缩式液位计是 80 年代末 90 年代初才出现的新型液位仪表 , 由于其性能可靠 , 精度高 , 曾引起测量界的轰动。

3.1.1磁致伸缩式液位计工作原理

        磁致伸缩式液位计是由测量管、浮子和电子变送器 3 部分组成。测量管外管为不锈钢保护管 , 内部为磁致伸缩线 ; 浮子沿测量管随液面上升或下降 , 浮子内装有永久磁铁 , 并在周围形成磁场 ; 电子变送器定时发出询问 (电流) 脉冲 , 也称起始脉冲 , 该脉冲沿磁致伸缩线向下传播 , 在向下运动中 , 在其周围也产生一个磁场。两磁场相遇瞬间产生一个扭力 , 作用于磁致伸缩线上 , 形成一个返回脉冲。该脉冲以固定的速度向上传播 , 并被电子变送器所接收。通过测量起始脉冲与返回脉冲之间的时间间隔 , 即可精确地确定被测液位的高度。

312 　磁致伸缩式液位计的特点

(1) 浮球测量原理

       该表仍以浮球原理为测量基础 , 因此它不仅可以测液面 , 还可以测界面。除浮球外 , 没有其它机械可动件 , 所以性能可靠 , 使用寿命长 , 测量范围硬杆式为 911m , 软缆式可达 22m。同时它还可测介质的温度。

(2) 测量精度高

        精度高是该表的突出优点 , 其精度可达 0101 %F·S。在现有的物位计中 , 只有浮子钢带、雷达和光纤物位计的测量误差可达到毫米量级 , 但在实际应用中 , 其可靠性和准确性与磁致伸缩液位计相比仍有差距。例如 , 光纤物位计的精度也仅为 0103 %F·S。所以磁致伸缩液位计是容积计量的最佳选择。

(3) 安装简单标定方便

        磁致伸缩液位计另一个特点是安装、调试、标定十分简单方便。在安装现场和安装件确定之后 , 可准确计算出液位 (或界面) 零点及满量程在测量保护管上的相应位置 , 在安装前即可通电调试 , 把浮子分别置于零点和满量程位置 , 调零点和满量程输出分别为4mA 和 0mA , 无须通过液面 (或界面) 升降来调试、标定 , 大大节省了人力和物力 , 为用户带来极大的方便。液位计一般在出厂前已为用户调好零点和满量程 , 只要通电检查仪表是否正常后 , 即可安装 , 甚至省去调试和标定。

(4) 关于防爆

        磁致伸缩液位计在实现本安防爆上较其它仪表略难些 , 不是所有型号的磁致伸缩液位计均能符合防爆现场的要求 , 在选用时应特别注意。相当我国iaIICT5防爆等级 , 欧共体 CE 认证标志是EXiaIICT5。而北美CM和 CSA 认证相应的等级应当是本安 1 级 1 区 A组 , 这个防爆等级 , 只有少数型号磁致伸缩液位计才能达到。

4 、应用及效果

       山东潍坊海龙股份有限公司是一个大型化纤生产企业 , 二硫化碳用量很大。原来曾用过磁翻板式液位计 , 但是故障较多 , 误差也大 , 大部分是用人工计量。人工计量费时费力 , 偏差较大 , 不能适应大阳城娱乐化工业生产的需要。因此 , 在海龙公司计量处的安排下 , 通过进行现场勘察、设计 , 在短丝二分厂直径 2000mm 和 2600mm的两个卧式罐上安装了磁致伸缩液位计 , 用于进厂原料计量。并配上进口的 4 /? 位数显仪表 , 精度优于011 % , 最大误差 ≤2mm。投用以来运行良好 , 操作人员省去了繁琐的劳动 , 在仪表室随时可以监测到二硫化碳的贮量 ; 计量和管理部门认为计量数据准确可靠 , 非常满意 ; 二硫化碳供应者也认为这种计量比原来更科学公正 , 认可。所以用磁致伸缩液位计计量二硫化碳是大家的共识 , 应用是成功的。充分利用磁致伸缩液位计的功能进行二硫化碳计量 , 还可以再提高一步。例如用两个浮子 , 其一测二硫化碳界面 , 另一个用于测水的液面即总的液位高度 , 可以使生产更加安全。磁致伸缩液位计还有测温度功能 , 能测出二硫化碳介质温度 , 对其密度进行修正 , 可以使计量更加准确。






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