低溫液體貯槽投入式液位計指示故障分析

摘要:介紹了低溫液體貯槽投入式液位計測量原理; 從差壓測量管路組成件的基本結構和功能作用出發，全面深入的分析了產生各種液位指示故障的原因，并歸納總結成液位故障分析處置表; 為避免出現液位故障，液位測量管線應進行恰當的設計、嚴格的制造和正確的使用。

1 前 言

低溫液體貯槽( 以下簡稱“貯槽”) 用于貯存液氧、液氮、液氬以及 LNG 等深冷液體，其液位測量方法多種多樣，有差壓法、測滿閥法、液位開關閥法，浮子液位計法，安全閥法、溫度計法、伺服液位計法、雷達液位計法以及電容式液位計法等方法，各種液位測量方法有其優缺點和適用場合 ［1］ ，其中，差壓法#為經濟實用，因而運用#為廣泛。

然而在實際應用中，投入式液位計指示儀表( 一般指投入式液位計) 經常會出現指示失準或根本無法指示的故障，給用戶帶來諸多不便，嚴重者甚至導致貯槽無法使用。本文將根據投入式液位計測量基本原理，從液位測量管路組成件的基本結構和功用出發，全面深入的分析產生液位指示故障的原因，并提出預防或解決液位指示故障的措施和方法。

2 差壓法測量原理

低溫液體貯槽液位差壓測量原理如圖 1，從貯槽頂部接口引出的氣體經過液上閥( A1) 進入投入式液位計( LI) 的低壓室; 從貯槽底部接口引出的低溫液體，通過干式取壓器( QY) 氣化穩壓后，經過液下閥( A3) 進入投入式液位計的高壓室。高低壓室的壓差推動液位計的指針做旋轉運動，從而通過指針旋轉角度指示壓力差。該壓力差由罐內液體高度產生，其值等于液體靜壓力:

式中，Δp 為罐內液體靜壓力，Pa; ρ 為貯存介質密度，kg/m 3 ; g 為重力加速度，m/s 2 ; h 為貯存介質高度，m。

由此可見，液位計指針的旋轉角度實際是由液柱靜壓力引起的，不同角度，代表著不同的液位高度。同時，通過液上遠傳閥 ( A4) 和液下遠傳閥( A5) ，可將差壓傳遞給變送器，從而將液位信號遠傳至中控室。

3 液位指示故障原因分析

投入式液位計指示故障包括液位計沒有讀數，液位計讀數與實際不符( 比如與差壓變送器或測滿閥比較) ，假液位以及液位計指針劇烈跳動等多種現象。這些故障可能與圖 1 所示測量管線中的某一個或幾個組成件有關，涉及設計、制造和使用等各個環節。

3． 1 液下管線

如圖 1，從干式取壓器引至液位計高壓室的管線為液下管線，它由干式取壓器、液下管道和液下閥組成。

3． 1． 1 干式取壓器

干式取壓器( 簡稱取壓器) 位于液下管與內筒底部的交接處，如圖 1。其功能是把從貯槽#低點引入的液體氣化，并將氣體壓力穩定傳輸到液位計( 或液位變送器) 。取壓器結構多種多樣，一般孔徑較小，特別是某些結構的取壓器結構又特別復雜，因而在使用中，經常會出現阻塞情況。取壓器完全阻塞后，液位計將無液位指示; 嚴重阻塞時，液位不能正確指示，通常指示液位會比實際液位低。阻塞可能是冰堵和機械堵塞，或者二者兼有之。

3． 1． 1． 1 冰堵

在初次進液時，如果容器內存在水或潮濕空氣，在低溫下將會凝結成冰，從而阻塞取壓器通道。造成容器內存在水或潮濕空氣原因可能有:

1． 試壓用空氣或氮氣未經干燥處理;

2． 運輸過程中未進行充分保護，水或潮濕空氣進入;

3． 安裝后未進行干燥吹掃和露點檢測。

3． 1． 1． 2 機械堵塞

內容器制造過程中，焊渣、磨屑等機械雜質未清理干凈，使用中隨著介質流動而沉積到取壓器處，從而阻塞通道孔。這種阻塞一般較輕，但當容器內有潮濕空氣時，極可能發生機械阻塞 + 冰堵的情形，從而完全阻塞取壓器。

3． 1． 1． 3 未裝設取壓器

由于設計的原因，有些貯槽并未裝設干式取壓器，這可能會造成:

1． 液位波動。這是因為缺少取壓器的穩壓功能。

2． 形成假液位。如貯槽缺少取壓器，低溫液體會直接進入液下管的#低處，液下管的實際取壓位置可能會下降 60 ～ 160 mm( 由具體結構決定) ，從而形成假液位。此時，液位計指示液位比實際液位高，實際液位可由指示液位減去假液位得到。假液位雖然不會影響貯槽性能，但可能會影響使用者的庫存管理。

3． 1． 2 液下管道

液下管道很少會出問題，如出問題，通�？煽紤]以下兩種情況。

3． 1． 2． 1 阻塞

液下管道阻塞的原因和阻塞后的結果與干式取壓器阻塞后相同。由于取壓器接口處結構復雜，孔徑較小，因而阻塞通常都發生在該處。若該處不阻塞，液下管道基本上就不會阻塞。

3． 1． 2． 2 泄漏(破裂)

如果使用不合格管材，液下管也存在破裂的可能。液下管道破裂后，導致介質泄漏，傳遞到液位計高壓室的壓力減低，液位計讀數將減少; 同時液下管根部( 靠近外殼) 溫度降低，甚至出現結霜結露現象。

3． 1． 3 液下閥

液下閥很少出現阻塞( 原因與液下管道一樣) ，但作為閥門，容易出現內漏和外漏( 含接頭處) 問題。內漏不會影響測量; 外漏與液下管破裂一樣，會導致液位計讀數減少，靠近外殼體的液下管根部溫度降低。

3． 1． 4 液下管線阻塞預防措施

為了避免阻塞的發生，內罐應做清潔度檢測，徹底去除機械雜質; 試壓用空氣或氮氣應徹底干燥; 制造完畢的儲罐應正壓封存，充分保護后運輸; 安裝完成后，應檢查密封氣的壓力，無壓力時，應重新對貯槽及液位測量管線進行徹底吹除。

3． 2 平衡管線

如圖 1，平衡管線連通液下管和液上管，由平衡閥( A2) 及其兩端管道組成。測量時，液下閥、液上閥開啟，平衡閥關閉; 需要調校液位計時，液上閥、液下閥關閉，平衡閥開啟; 當平衡管線與液下管線、液上管線同時開啟時，低溫液體會從液下管線、經平衡管線、液上管線回流至貯槽頂部，從而形成類似于自增壓管線的回路，此時，液位計指針劇烈波動，液下管將迅速降溫結霜。

實際使用中，液位指示問題很多與平衡閥泄漏有關，平衡閥泄漏通常有內漏( 常見) 和外漏兩種情況:平衡閥嚴重內漏時，如同平衡閥開啟，液位計指針劇烈波動，液下管結霜，液位計無指示或只指示有少量液位; 平衡閥輕微內漏時，靠近外殼體的液下管根部溫度降低，有可能結露，液位計兩端差壓減小，液位計指示液位低于實際液位。

平衡閥外漏分兩種情況: 一種是靠近液下管側外漏，如液下管與平衡閥的卡套接頭或焊接接頭泄漏，此時相當于液下管道破裂，靠近外殼體的液下管根部溫度降低，液位計讀數將減少; 另一種是靠近液上管側外漏，如液上管與平衡閥的卡套接頭或焊接接頭泄漏，此時相當于液上管道破裂，靠近外殼體的液上管根部溫度降低，液位計讀數將增大。

3． 3 液上管線

如圖 1，從貯槽頂部接口引至投入式液位計低壓室的管線為液上管線，它由液上管道和液上閥組成。由于液上管線不與液體接觸，使用中很少出現液上管線阻塞的情況。

液上管線偶有外漏現象，如液上管道破裂或液上閥外漏，此時液上管壓力降低，液位計讀數將增大，靠近外殼體的液上管根部溫度降低。另外，液上閥也會出現內漏現象，但不會影響正常測量。

3． 4 投入式液位計

目前，貯槽上采用的投入式液位計大多是成都蘭石、新蘭石或進口美國巴頓的產品，該類產品在其關鍵元件中心板兩端連接低壓波紋管組件和高壓波紋管組件，是較為精密的液位測量儀表。投入式液位計

常見的問題是指針不歸零和液位計損壞。液位計指針不歸零應調校，否則會出現假液位。假液位( 應排除密度影響) 常見現象如下:

1． 液位計指示滿液位時，測滿管尚不能噴出液體;

2． 未指示滿液位時，測滿管已噴出液體;

3． 液位計指示尚有液體，實際上已無液體。

液位計損壞應返廠維修。通常在充排液過程中，如管路正常而液位計指針未跟隨擺動時，則應判斷為液位計損壞。另外，現場液位也可與中控室液位進行比較分析，綜合判斷液位計是否損壞。

3． 5 遠傳管線及差壓變送器

從液上遠傳閥( A4) 引至差壓變送器的為液上遠傳管線，該管線泄漏將使遠傳液位增大，靠近外殼體的液上管根部溫度降低; 從液下遠傳閥( A5) 引至差壓變送器的為液下遠傳管線，該管線泄漏會引起遠傳液位偏小，靠近外殼體的液下管根部溫度降低。注意不管是液上遠傳還是液下遠傳泄漏，均會影響到變送器的讀數和就地液位計的指示，這在實際中也時有發生。

4 液位故障歸納處置表

基于上節對貯槽液位故障原因的分析，為了便于故障處理，這里將故障現象、原因和處理措施進行分析、歸納和總結，整理成表，見表 1。

5 液位指示故障預防措施

盡管液位計指示故障原因多種多樣，但簡單歸納起來，只有三點: 設計、制造和使用。只要這三個方面做好了，就可以避免液位指示故障。

5． 1 設計、制造

貯槽生產廠家應對由設計、制造導致的液位指示故障負責。廠家應采取以下措施，避免液位指示故障:

1． 合理設計干式取壓器;

2． 液下、液上管取樣口院秒進排液口和氣體放空口［2］ ;

3． 液上、液下取樣口、測滿口設置正確;

4． 適當增大液下管管徑;

5． 選用優質儀表閥;

6． 測量管路應嚴格進行氣密性檢驗，可通過涂肥皂水方法檢查;

7． 測量管線進行徹底吹除，露點應達標;

8． 液位計運輸安裝時，應小心謹慎，不可碰撞和敲打。使用前應先檢查指針是否對零，安裝時注意垂直于地面。

5． 2 使用

貯槽的使用者應知曉投入式液位計測量的原理和操作程序，重點注意事項如下:

1． 貯槽使用前應檢查密封氮氣壓力，如無則應重新吹掃置換，檢查測量管線露點是否達標。

2． 液位計使用時，應嚴格遵守開停步驟: 當液上、液下閥及平衡閥都關閉的情況下，應先打開平衡閥，然后慢慢開啟液下閥、液上閥，#后及時關閉平衡閥。達到穩定后，指針指示讀數即為該貯槽液面高度。

3． 定期調校液位計。

4． 操作人員應進行適當培訓。

6 結 語

貯槽液位指示故障與各液位測量管線組成件密切有關，為避免出現液位指示故障，各組成件應進行恰當的設計、嚴格的制造并被正確使用。