电浮筒液位计结构与工作原理

0、引言：
  在PET装置生产中, 反应器内物料的停留时间是比较关键的指标。为了保证反应器内物料的停留时间稳定,工艺人员必须随时了解反应器内物料的液位变化情况,也就是说必须使用在线液位测量仪表。液位测量仪表的种类很多, I.C.ECKARDT公司的电浮筒液位计具有结构简单、测量准确、反应灵敏 、稳定性高 ,且带高温热媒夹套,不易结料等特点 ,在 PET装置上得到了广泛的应用。

1、结构及原理：
  电浮筒液位计组成如图 1所示,主要由带 HART通讯协议液晶显示组件,保护盒内传感器及底座, 扭力杆带夹套,带链条的金属浮筒等 4部分组成。


图 1　电浮筒液位计组成
  浸到物料中的带链条的金属浮筒要受到阿基米德浮力, 如图 2 所示。浮筒所受的浮力 F浮=ρ液×V排×g。其中 ρ液为物料密度 ,稳定后基本不变；
  V排为浮筒浸在物料中所排开的体积, V排=S×L, S为浮筒横截面积, L为液位高度 ;g为重力常数。所以浮力与液位高度成正比关系。浮筒所受浮力经水平杆 ,通过扭力杆将力传送到带底座的传感器,改变传感器中电阻应变片的受压程度 , 以达到改变电阻的目的。两组应变片以惠斯登电桥形成连接, 连接到带 HART通讯协议液晶显示组件 , ***终由于液位变化 , 引起应变片电阻值的变化 , 导致输出 4 ～ 20m A电流发生变化, 因而输出电流与浮力或液位成线性关系 。


图 2　浮筒的受力分析

2、结构分析：
  公司利用二线装置停车大修期间, 对运行时无法拆卸的 3台电浮筒液位计, 及时进行了拆卸解体,对其内部结构有了更加详细的了解。下面是拆卸过程简述:①先对扭力杆夹套后端盖的密封堵头进行热拆 ,拆开即可看到固定扭力杆的调芯片及调芯专用螺钉。②拆下所有法兰螺丝, 将电浮筒液位计整体从反应器上拿下 ,并及时取下带链条的金属浮筒,然后整体带到维修间后再进行解体。 ③拆开传感器及底座处的线路端盖 ,脱开与液晶显示组件相连的2个接线插头 , 并小心地松开传感器应变片的 2颗固定螺丝,将传感器底座与传感器一并拿出 。 ④将传感器保护盒从散热片上拆下 ,拆散热片 ,此过程部分拆下的 O形圈及石棉垫片需进行更换。 ⑤随后将剩下部分上专用夹具 , 进行拆卸与扭力杆相连的水平杆 ,并拆卸用于球面密封压紧用的、且扭力杆从中穿过的一个固定螺母,并留下夹套壳体部分 。

3、在线维修：
  对电浮筒液位计结构清楚后, 对于在线时出现的一些故障就敢于进行在线维修。我公司二线装置3台电浮筒液位计于 2009年 2 月 2日先后投用 , 但其中一台电浮筒液位计 LC14002, 对比反应器上另一台导纳液位计曲线 , 在 2月 3日出现了短时间大幅波动的情况,如图 3。

图 3　电浮筒液位计测定曲线波动状况
  分析原因,初步估计为带 HART通讯协议液晶显示组件故障引起,随后采用替换法进行了更换液晶显示组件模块的操作, 并根据当前的液位 PV值进行了模块内上下限的设置,换好液晶模块后液位波动由原***大 35%减小为 16%,还是不能满足工艺要求经过与厂家交流, 又怀疑传感器传送过来的铂电阻信号 Pt100电阻值波动可能导致输出信号波动 , 随后又做了将液晶显示模块中的 2根红线剪断, 将现场过来的电阻信号脱开, 直接加 118 Ψ电阻信号给液晶显示模块 , 观察波动幅度有所变小 , 但仍有10%的信号波动 , 仍无法满足工艺要求 。

图 4　新传感器测定曲线
  由于液位信号仍有较大幅度的波动 ,为进一步查找信号波动的原因,我们做了大胆的设想:在线更换内部传感器 。先准备拆卸和组装传感器的安装座,以及拆卸传感器用的专用工具, 如内六角扳手、开口扳手、针形工具等。随后至现场电浮筒液位计 LC14002处,使用内六角扳手打开的传感器保护盒,用针形工具小心地将接线插头的线挑出并理顺,用内六角扳手小心地松开锁紧应变片的 2颗螺丝,再拧下固定传感器底座的 3颗螺丝, 即可将传感器与其底座一并取出,放在安装座上, 用专用工具对传感器进行更换。
  ***后将新的传感器与底座一并安装于现场保护盒内,并调整好与应变片的预应力,接线通电。根据当前液位 PV=8.8 N值, 量程为 7.15 N, 为让液位显示38%, 设置相应的上下限值为 13.23 N和 6.08 N, 对比该反应器上另一个导纳液位计, 电浮筒液位计LC14002运行至今,波动大大减小为 3%以内,基本满足工艺要求,附近期记录曲线图 4如下 。