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磁翻板液位计与玻璃管液位计性能及经济效益比较

发表时间:2019-08-03   点击次数:  技术支持:150-5269-2011
一、本文概述
   在石油化工企业的生产过程中,安全性是重要的考量因素,无论是生产工艺还是生产设备都首先要从安全性首先出发,近年来,时常出现关于石油化工企业经常因为跑、冒、泄露等引发火灾或爆炸事故的新闻报道,究其原因,有些事故是人为失误,有些是检测仪器等设备的设计缺陷,甚至是因为不正确的仪表设备选型引起的。为从源头上解决泄露安全隐患问题,需要采用一种更具安全性的实用性的液位测量仪表,本文所推荐的就是这种新型磁翻板液位计,这种磁翻板液位计是利用阿基米德定律、牛顿第三运动定律及磁性物质的特性,将液面检测浮子与水久磁钢分体设计,浮子设置在容器内,水久磁钢设置在容器外,保证检测液体封闭在容器内。既能避免容器外连通管内易燃易爆液体泄漏,液面计又不受液面检测高度的限制,彻底解决了普通玻璃板、石英管液面计易破碎,测量范围小、受环境温度影响等缺陷。磁翻板液位计的产品特点在于不仅节能、环保,制造成本低,而且安装方便、适用不同高度容器的液面检测,应用于石油化工等工业企业,具有很好的应用前景。可以大大降低安全隐患,减少危险源,并能节省成木,提高经济效益。
  
  背景与分析
  山东省是工业大省,石油、石化企业多,东营、淄博、黄岛都有大型石化企业,石油化工品是爆炸火灾危险场所,尤其在黄岛临海区域,化工品的泄露、爆炸事故将直接污染黄海。2013年黄岛因为原油泄露引发特大爆炸事故,造成重大人员伤亡,人民生命财产损失惨重。
  化工品储存设备的直读式液位检测仪,目前通行的做法是利用物理学中连通管原理,采取容器或设备外安装玻璃管或石英管式液位计测量液面,如果阀门腐蚀、玻璃管破碎都会导致化工品泄露,存在安全隐患。作为中学生,利用我所学过的物理知识,如阿基米德定律、永久磁钢特性等,发明一种新的液位检测方法去消除安全隐患,并从安全性、实用性、经济性等多方面做出对比,并做到仪表木质安全。
 
  二、研究成果
  2.1传统直读式玻璃管或石英管式液位计的缺点
  如图1所不为石化厂典型直读式玻璃管或石英管式测量液位计图,利用连通管原理将设备内液体引致设备外玻璃管内,人们可以通过观察玻璃管内的液面从而获取设备内的液面高度。
  此测量方法有如下缺点:
  1)阀门连接处容易泄露,如果设备内储存为化工品,泄露后易发生火灾和爆炸。
  2)如容器设备内储存水等易冻液体,冬天气温低时,玻璃管内液位易冻,需做伴热处理,耗能。
  3)当液位在玻璃管上下侧时,观察不到液位,存在观察盲区。
  4)玻璃管液位计或石英管液位计长度长一般为2m,当容器设备高达2m以上时,需要设置多个玻璃管液位计或石英管液位计进行叠加,受高度限制,观察不方便[[3]0
  5)玻璃板液位计或石英管液位计加工成本高,价格昂贵,安装阀门、伴热设施等附加费用高。
 2.2理论基础
  基于直读式玻璃管或石英管式液位计的缺点,利用所学过的物理知识,发明一种磁力式液位计,能解决以上问题。所用知识点如下:
  1)阿基米德定律:浸在液体(或气体)里的物体受到竖直向上的浮力作用,浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。
  2)牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力,总是同时在同一条直线上,大刁、相等,方向相反。
  3)永久磁钢的性质:同名极相斥、异名极相吸的性质。2.3磁翻板液位计的设计与构思
  磁翻板液位计由不锈钢浮子、导向钢丝、滑轮、永久磁钢、磁翻板及安装支架构成。
  设浮子重力为G,钢丝张力为F,浮子在液体中浮力为F浮
  根据阿基米德定律:
  浮力F}=浮子体积「V]x液体密度「P]
 
玻璃管液位计
  根据牛顿第三定律:
  钢丝上的张力F=浮子重量一浮力=G-pxV
  考虑到浮子侵人到液面中的稳定性,浮子采用不锈钢浮子,液体密度为容器中实际所储存的液体密度,即可计算出钢丝张力,从而计算出永久磁钢的重量。浮子重量设置为SOOg,高度为4cm,磁翻板液位计在液面中稳定时,按浮子侵人液面2cm,露出液面2cm设计,根据牛顿第三定律和阿基米德定律,即可计算出永久磁钢的重量。
  测量原理:当液面升高时,浮子侵人液面的体积增加,此时浮力增加,钢丝张力因此减小,永久磁钢将向下运动,同时导向钢丝拉着浮子上升,当浮子重新侵人液面2cm时,达到新的平衡。当液面降低时,浮子侵人液面的体积减少,浮力减少,此时钢丝张力增加,永久磁钢向上运动,浮子下降,直到达到新的平衡。
  图2中,在容器外安装磁性翻板,当永久磁钢运动时,磁性翻板随永久磁钢的运动翻转,将翻板涂成不同颜色,没翻转的一面为绿色,翻转后的一面为红色,通过观察磁翻板的颜色,即可知道容器中的液面高度。磁翻板与永久磁钢之间的磁力作用于水平面,对垂直平面的作用力没有影响。翻板的数量根据容器的高度任意增减,非常方便,而且没有任何的液面盲区。
  在实际应用中,如果不需要精确计量,永久磁钢重量的设置可以忽略滑轮摩擦力的影响,如果精确测量,可以测量滑轮的摩擦力修正永久磁钢重量。
 
  三、经济性对比分析
  假设某设备高为lOm,玻璃板液面计和磁翻板液位计的价格对比如下,其价格来源见项目查新报告附件1中的参考文献。
  3.1使用玻璃板液位计价格分析
  1)购买玻璃板液位计表
磁翻板液位与玻璃管液位计比较
  2)伴热用耗电能成木
  每年冬季按4个月120天考虑,每套伴热材料功率按SOW考虑,电费按每度0.55元考虑,则5套每年的用电成木为120x24x0.O5x0.55x5=720元
  3.2磁力式液面检测液分析
 
磁翻板液位与玻璃管液位计比较

 
  经对比分析,磁翻板液位计每1Om比玻璃板液位计价格便宜10000多元,而且不需要附加耗能,若某一炼油厂用液面计总长为1OOOm,则能节省投资100万元,从投资对比可知,此发明若用于工业使用,经济效益明显。
 
  1)安全性高,取消了连通管,液体全部封闭在容器内,不会因为连通管或阀门的腐蚀而泄露,不存在火灾爆炸安全隐患。
  2)适用性强,不受容器高度的影响。当容器设备高达数米,甚至数十米时,只需增加导向钢丝的长度和磁翻板的数量即可。
  3)观察方便,对于高达数米,甚至数十米的容器,只需观察磁翻板的颜色即可,不需要象玻璃板那样就近观察液面。
  4)液体在容器中,不会在低温环境下而导致连通管中的液体冰冻,节能、环保。
  5)成木低,经济性好,安装附件少,容器高度越高,性价比越高,具有很好的应用前景。

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