液位浮球閥的改造與應(yīng)用

陳清兵 李超平 冷 文

（中海福建天然氣有限責(zé)任公司，福建 莆田 351100）

0 引言

福建LNG 接收站自2008 年5 月試運(yùn)行以來，為3個燃?xì)怆姀S、5個城市工業(yè)、商業(yè)和居民提供了潔凈燃料，公用工程為接收站的運(yùn)行提供了穩(wěn)定的水、氣等輔助動力。然而，由于使用頻率相對較高，公用工程生活水罐設(shè)計的自力式浮球閥在較高的動作頻率下故障率較高，生活水罐經(jīng)常處于無控制狀態(tài)，自來水從生活水罐頂部溢出，造成了極大浪費(fèi)，為此，迫切需要尋找一個合適的方法來改變之前的液位控制方式。

1 改造方法

生活水罐與生產(chǎn)水罐設(shè)計有液位計對其液位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并傳入中控DCS 界面上，其量程范圍都為0～100%。每個液位計都設(shè)計有不同的報警值，包括低報警值、高報警值，可以根據(jù)報警值的范圍對液位控制點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。液位控制時序圖見圖1，紅色線為實(shí)際的液位變化線，當(dāng)達(dá)到高液位預(yù)期高液位時，電磁閥動作關(guān)閉，達(dá)到預(yù)期低液位時，電磁閥動作開啟。

1.1 控制特性變更

圖1 液位控制時序圖

將罐內(nèi)水位的控制由原來的浮球閥、連桿、及針型閥等控制構(gòu)件改為防爆電子壓力開關(guān)自動控制。其特點(diǎn)是控制簡單，通過壓力傳感器測量液位較穩(wěn)定，受液位波動影響小，運(yùn)行可靠。同時增加手／自動切換控制，可以手動對生活水罐加水。

1.2 控制原理

可以選用電子式壓力開關(guān)，為工業(yè)用戶提供壓力開關(guān)報警和模擬信號輸出，具有現(xiàn)場可編輯和自檢測功能。使用電源為24 V 直流電，開關(guān)觸點(diǎn)負(fù)載為40 mA，可連接中間繼電器，傳感器為316不銹鋼材質(zhì)，焊接式膜片，1／2 in NPT 內(nèi)螺紋過程接口，全量程調(diào)節(jié)死區(qū)和設(shè)定點(diǎn)。壓力開關(guān)死區(qū)功能圖見圖2。

從圖2可以看出：當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定點(diǎn)SP1時，此電子壓力開關(guān)動作，其觸點(diǎn)由常閉變?yōu)槌ｉ_狀態(tài)，停止進(jìn)水；當(dāng)液位下降時，在死區(qū)的作用下，其觸電開關(guān)保持常開的狀態(tài)；當(dāng)達(dá)到死區(qū)DB1 設(shè)定點(diǎn)時，電子壓力開關(guān)觸點(diǎn)從開啟狀態(tài)變?yōu)槌ｉ]狀態(tài)，此時控制閥門打開，向水罐內(nèi)補(bǔ)水。

圖2 壓力開關(guān)死區(qū)功能（上升沿開）圖

利用電子壓力開關(guān)全量程可調(diào)節(jié)死區(qū)的功能，將高報警液位設(shè)定為電子開關(guān)的報警設(shè)定點(diǎn)SP1，將進(jìn)水液位設(shè)定為死區(qū)設(shè)定點(diǎn)DB1，設(shè)計出圖3的電路原理圖。

圖3 電磁閥控制接線圖

從圖3 可以看出，在虛線右側(cè)為電路控制部分，主要控制中間繼電器觸點(diǎn)的開啟與關(guān)閉來控制LDY電磁閥的動作，進(jìn)而控制LCV 進(jìn)水球閥的動作，以達(dá)到控制水位的作用，同時此圖還帶有手動方式與自動方式控制水位，以滿足不同條件下的使用需求。

1.3 液位控制點(diǎn)設(shè)定

生活水罐液位測量有兩個液位計，其中12-LIT-0022作為ESD功能，不作為控制作用，所以液位控制由12-LIT-0021 控制，其DCS 量程為0～100%，工程量程為0～25.7 kPa，DCS 低報值38.4%?？稍O(shè)定進(jìn)水液位為40%，高報警液位為90%。

同理，生產(chǎn)水罐液位測量也有兩個液位計，其中12-LIT-0002 作為ESD 功能，不作為控制作用，所以液位控制由12-LIT-0001 控制，其DCS 量程為0～100%，工程量程為0～112 kPa，DCS 低報值7.1%。由于考慮到的是消防水罐，相對重要，可設(shè)定進(jìn)水液位為50%，高報警值為95%，具體的液位計數(shù)值與電子壓力開關(guān)設(shè)定值可參看表1。

表1 各參數(shù)整定表

據(jù)工藝統(tǒng)計，用水高峰期時生活水罐出口最大流量達(dá)30 m3／h，水罐罐容僅19.8 m3，將進(jìn)水液位設(shè)定為40%，可保證工藝人員有15 min 緩沖時間去現(xiàn)場對進(jìn)水閘板閥進(jìn)行調(diào)節(jié)操作。同時設(shè)定高報警液位為90%，與進(jìn)水液位間隔區(qū)間大，杜絕了因液位波動導(dǎo)致閥門頻繁動作的不良因素。

生產(chǎn)水罐主要用于生產(chǎn)用水、每月現(xiàn)場衛(wèi)生的清理用水與在緊急情況下消防用水，其用水量不大，動作的頻率相對小些，但是作為消防的一部分，必須保證有足夠高的液位，所以可以設(shè)定其低控制液位為70%，高液位控制為95%。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場水罐布置俯視，如圖4所示，圖中黑色連線部分是從儀表空氣分配源引入的儀表空氣動力源，紅色線部分是供電磁閥動作的動力線，需要達(dá)到的設(shè)計為低液位時開啟電磁閥使進(jìn)水閥關(guān)閉，達(dá)到設(shè)計高液位時，關(guān)閉電磁閥使進(jìn)水閥關(guān)閉。

2.1 電源引入

改造所需的220V供電電源可從儀表空氣壓縮機(jī)廠房暖通（HVAC）控制機(jī)柜中引入。

2.2 閥門動力源引入

閥門動力源是儀表空氣，遵循就近原則，可從工廠空氣儲氣罐旁的儀表空氣分配源來取壓，具體位置可以參考圖3，圖中所示的“△”為具體取壓點(diǎn)。圖5為儀表空氣取壓源結(jié)構(gòu)圖，圖片來源于文件“DD-DWG-TS-IN-7149-04”，圖中已經(jīng)標(biāo)識了取壓口，黑點(diǎn)為取壓口。

圖4 技改現(xiàn)場俯視圖

圖5 閥門動力源的取壓點(diǎn)圖

2.3 管道法蘭及閥門移位

2.3.1 管道法蘭

原管道及法蘭部分不作改變，新增法蘭部分按原管道法蘭標(biāo)準(zhǔn)制造（ASNI B16.5 150Lb），對原有引壓平衡管處以盲法蘭封堵。

2.3.2 閥門移位

浮球閥安裝在進(jìn)水管道高處，不利于檢修維護(hù)。可將新球閥安裝在進(jìn)水管道低處（閘閥后），另需增加帶法蘭的活接頭與進(jìn)水閘閥連接，安裝簡圖見圖6。

圖6 閥門移位安裝簡圖

2.4 實(shí)現(xiàn)的功能與改造目標(biāo)

達(dá)到了兩個水罐液位的控制的目標(biāo)，即在水位降到一定液位時，可以對水罐進(jìn)行補(bǔ)水，此時進(jìn)水閥門打開，當(dāng)水位達(dá)到預(yù)期液位時，進(jìn)水閥要關(guān)閉，當(dāng)液位再次下降到設(shè)定液位時又需要進(jìn)行補(bǔ)水。通過反復(fù)進(jìn)行，使得閥門動作的頻率相對較低，從而避免了由于閥門頻繁動作而損壞的現(xiàn)象，節(jié)約了成本。

3 結(jié)論

通常生活水罐與生產(chǎn)水罐液位的控制方式都是以浮球閥作為主要的控制器件，但從長期穩(wěn)定的運(yùn)行模式角度來看，出現(xiàn)的故障率相對較高，而且浮球閥安裝在水罐的最高位置，一旦出現(xiàn)故障，高空作業(yè)存在一定的風(fēng)險，檢修的難度較大。

筆者根據(jù)浮球閥自身的特性對其進(jìn)行了改進(jìn)，使用區(qū)間控制的方式使閥門能更長效的使用。另外，根據(jù)從現(xiàn)場檢修的角度考慮，將閥門安裝位置也進(jìn)行了改造，更符合現(xiàn)場檢修需求，改造后的液位控制方式更貼切生產(chǎn)需求，而且避免了生活水罐由于閥門的故障而造成清潔水的浪費(fèi)，節(jié)省了費(fèi)用。