仲 軍 熊小榮

(中石油第二建設(shè)公司，蘭州 730060)

磁致伸縮液位計(jì)是采用“磁致伸縮”原理設(shè)計(jì)的液位測(cè)量儀表，具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好及應(yīng)用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于各類油品儲(chǔ)罐的液位測(cè)量。磁致伸縮液位儀的測(cè)量范圍較寬(最大測(cè)量值可達(dá)20m)，分辨率達(dá)0.5mm，精度等級(jí)約0.2～1.0級(jí)，由于其提供給用戶的是絕對(duì)位置讀數(shù)，不需要進(jìn)行定期重標(biāo)，斷電后歸零的問題也不予考慮。非接觸式的測(cè)量方式消除了機(jī)械磨損的影響，是非粘稠和非高溫液體液位測(cè)量的一種優(yōu)選測(cè)量儀表。

然而，在安裝磁致伸縮液位計(jì)時(shí)，如果不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況對(duì)設(shè)備的安裝細(xì)節(jié)進(jìn)行把握，不但無法達(dá)到其應(yīng)有的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，反而會(huì)給生產(chǎn)帶來不便。筆者以洛陽某油庫的磁致伸縮液位計(jì)在安裝調(diào)試過程中遇到的問題為例，介紹該類儀表在安裝調(diào)試時(shí)應(yīng)注意的技術(shù)性問題。

1 結(jié)構(gòu)與原理①

磁致伸縮液位計(jì)主要由電子探頭、探測(cè)桿和浮子3部分組成。電子探頭用于發(fā)射和接收電子脈沖，并將其轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號(hào)進(jìn)行輸出；探測(cè)桿分剛性桿和柔性桿，外部由耐腐蝕和耐高溫材料制成，中心為稀土超磁伸縮材料制成的波導(dǎo)絲，是傳感器的核心，能將微小的磁場(chǎng)向量變化轉(zhuǎn)換為機(jī)械波；浮子套裝在探測(cè)桿上，隨液位上下浮動(dòng)，內(nèi)部有永磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)。

磁致伸縮液位計(jì)的工作原理如圖1所示，電子探頭中的脈沖發(fā)生器首先在波導(dǎo)絲上施加一個(gè)電脈沖信號(hào)，此電脈沖同時(shí)伴隨一個(gè)垂直于波導(dǎo)絲的環(huán)型磁場(chǎng)，以光速向下傳遞。探測(cè)桿和浮子則被放置在被測(cè)介質(zhì)中，浮子隨著液位高度的變化沿探測(cè)桿上/下移動(dòng)，浮子內(nèi)部的永磁鐵產(chǎn)生一個(gè)縱向磁場(chǎng)，這樣浮子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)位置也就隨著液面升/降；當(dāng)環(huán)型磁場(chǎng)遇到浮子中永磁鐵產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)時(shí)，與之進(jìn)行矢量疊加，形成螺旋磁場(chǎng)。波導(dǎo)絲在螺旋磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生磁致伸縮現(xiàn)象，即產(chǎn)生扭力變形，從而激發(fā)一個(gè)機(jī)械扭力波沿波導(dǎo)絲以超聲波形式從產(chǎn)生點(diǎn)(即液位測(cè)量點(diǎn))返回到電子探頭[1]。因此，液位計(jì)通過測(cè)量發(fā)出電脈沖與扭力波返回的時(shí)間差，便能精確地計(jì)算出永磁鐵(即浮子)的位置，并將其轉(zhuǎn)換為4～20mA電信號(hào)輸出到DCS畫面進(jìn)行顯示。

圖1 磁致伸縮液位計(jì)工作原理示意圖

2 影響測(cè)量準(zhǔn)確度的因素

安裝和調(diào)試時(shí)，影響磁致伸縮液位計(jì)計(jì)量精度的因素有：

a. 磁致伸縮探測(cè)桿不能折彎，以免損壞波導(dǎo)絲；

b. 液位計(jì)盡量在遠(yuǎn)離裝/卸油管口的位置安裝，避免油品流動(dòng)沖擊或損壞傳感器，影響測(cè)量精度；

c. 必須保證傳感器的浮子與容器壁互不接觸，且浮球上下活動(dòng)靈活，安裝螺紋與容器連接牢固，對(duì)于大量程或有攪拌的應(yīng)用場(chǎng)合，傳感器需要重錘+地錨固定，保持探頭垂直，安裝斜度不能大于5°；

d. 通信線路接觸良好，進(jìn)行接地處理，將雙芯雙絞屏蔽電纜的屏蔽層和傳感器的地線相連，并接到防爆穿線盒的接地螺栓上，同時(shí)將盒外接地端子和罐體的接地點(diǎn)相連接；

e. 不能測(cè)量高粘度液體和泥漿，不適用于有壓、自聚、有腐蝕、有毒和高粘度液體的測(cè)量。

3 安裝實(shí)例

洛陽某油庫設(shè)有汽油、柴油和乙醇(屬輕質(zhì)低粘性油品)共計(jì)9個(gè)油罐，儲(chǔ)罐高度在9～15m(屬大量程計(jì)量)，選用的是美國愛國者液位儀公司生產(chǎn)的大量程磁致伸縮液位計(jì)(探棒材質(zhì)為PVDF軟纜)。在對(duì)磁致伸縮液位計(jì)進(jìn)行安裝調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)：液位顯示波動(dòng)大，示數(shù)不準(zhǔn)確；有通信中斷現(xiàn)象，連接不穩(wěn)定。

3.1 液位顯示波動(dòng)大

在罐體試水過程中，投用了磁致伸縮液位計(jì)，隨著水的注入儀表示值不斷增大，但示值隨著液面大幅跳動(dòng)，注水結(jié)束液面不再變化后發(fā)現(xiàn)儀表示數(shù)依然不能穩(wěn)定，且跳動(dòng)頻繁。究其原因，顯示波動(dòng)大，說明浮子位置擺動(dòng)大，可以判斷探測(cè)桿軟纜未處于拉伸狀態(tài)。磁致伸縮液位儀的測(cè)量要求探棒軟纜在被測(cè)介質(zhì)中處于豎直向下狀態(tài)，并與傳感器的電子頭保持一條直線。首先，檢查重錘的安裝情況，探棒軟纜材質(zhì)較輕，會(huì)受液體浮力和流體沖擊而漂起或偏移，安裝中采用重錘加錨的方法固定。經(jīng)檢查，重錘位于電子頭的正下方罐底處，且連接牢靠；之后，測(cè)量探測(cè)桿軟纜的安裝長度，發(fā)現(xiàn)纜長大于罐體液位計(jì)法蘭安裝高度400mm，液位計(jì)安裝后探測(cè)桿軟纜在罐內(nèi)弧度彎曲狀態(tài)，確認(rèn)為問題原因。

如圖2所示，左邊第一個(gè)探測(cè)桿軟纜未豎直拉伸，軟纜和浮子會(huì)在液面上水平擺動(dòng)；第二個(gè)探測(cè)桿軟纜未固定牢靠或重錘脫落，致使軟纜漂起。這都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量示數(shù)不穩(wěn)定、不準(zhǔn)確。

圖2 探測(cè)桿軟纜安裝狀態(tài)示意圖

針對(duì)上述問題的解決方法是：在探測(cè)桿底部重錘固定無誤的情況下，首先通過液位計(jì)調(diào)節(jié)法蘭處的緊箍背帽，將探測(cè)桿軟纜向上提升，在允許的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)將軟纜提升到最大狀態(tài)。經(jīng)檢查，仍有200mm的富裕長度未能處理。之后，將罐體安裝法蘭加高了200mm，使得探測(cè)桿軟纜能夠在罐體內(nèi)豎直狀態(tài)下自然拉直。經(jīng)過上述處理后，液位顯示波動(dòng)大的故障得以解決。

3.2 通信中斷

該油庫試運(yùn)行的三天中，在DCS監(jiān)測(cè)畫面上發(fā)現(xiàn)有一臺(tái)磁致伸縮液位計(jì)出現(xiàn)過兩次信號(hào)通信中斷的情況，有兩次故障報(bào)警記錄。經(jīng)分析，通信時(shí)斷時(shí)續(xù)通常為線路連接問題。首先檢查DCS和機(jī)柜內(nèi)部的線路連接，確認(rèn)無誤后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)線路進(jìn)行阻值和導(dǎo)通測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在儲(chǔ)罐頂上此臺(tái)儀表的電纜接線頭連接不牢靠，信號(hào)導(dǎo)通不穩(wěn)定。液位計(jì)的原接線方式如圖3所示，傳感器引出線與信號(hào)線直接在接線盒內(nèi)絞合連接，無接線端子。經(jīng)檢查，盒內(nèi)接線頭已經(jīng)松動(dòng)，纏繞的絕緣膠帶在高溫下已經(jīng)開始軟化，確認(rèn)為信號(hào)中斷的原因。

圖3 傳統(tǒng)的電纜頭連接方式

為了確保接線頭的安全性、穩(wěn)定性和良好的絕緣性，在防爆盒內(nèi)的接線可以利用彈簧螺式接線帽(圖4)，彈簧螺式接線帽采用PVC制成，內(nèi)有螺紋，耐熱而又絕緣。使用時(shí)先將電線外皮剝掉，再將所要接的電線頭同時(shí)插入并旋轉(zhuǎn)扭緊，彈簧逐漸內(nèi)縮夾緊電線。最后，再將接線頭放入裝有凡士林的小袋用綁扎帶扎口密封。

圖4 改進(jìn)后的電纜頭連接方式

這種接線方法不但有效地防止了外界對(duì)接線頭的干擾，導(dǎo)電良好、絕緣性佳，而且能夠起到防水/防塵的作用，提高了工作的穩(wěn)定性。而且采用彈性材料作為套體，在將接線頭放入后能夠產(chǎn)生張緊力，使兩者的配合更為牢固，不易脫落。保證了線路連接的穩(wěn)定可靠。經(jīng)過處理，通信中斷的故障得以解決。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)磁致伸縮液位計(jì)的安裝故障進(jìn)行悉心研究，加以改進(jìn)之后，液位顯示波動(dòng)大示數(shù)不準(zhǔn)確，通信時(shí)斷時(shí)續(xù)及連接不穩(wěn)定等故障現(xiàn)象徹底消失，使得系統(tǒng)液位計(jì)量穩(wěn)定準(zhǔn)確，發(fā)揮了磁致伸縮液位計(jì)應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)，為油庫罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。