齊麗華,劉 琢
(中廣核工程有限公司,廣東深圳 518000)
智能化吹氣裝置及其應(yīng)用注意事項(xiàng)
齊麗華,劉 琢
(中廣核工程有限公司,廣東深圳 518000)
闡述吹氣裝置檢測(cè)液位的基本原理,提出恒壓恒流智能型吹氣裝置的設(shè)計(jì)方案和試驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)吹氣裝置在實(shí)際工程應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。
吹氣裝置;液位測(cè)量;智能化
吹氣裝置[1-3]是一種測(cè)量液位、界面、密度等參數(shù)的經(jīng)典測(cè)量裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠,尤其是在核電工程中,被測(cè)液體通常有腐蝕性、放射性、粘稠度高等特性,吹氣裝置作為一種能夠使變送器儀表遠(yuǎn)離被測(cè)設(shè)備并且探測(cè)器能夠長(zhǎng)久耐用的非接觸式儀表[1-2],得到廣泛應(yīng)用。
(1)吹氣裝置測(cè)量液位的原理
吹氣裝置測(cè)量液位的基本原理[1-3]如圖1所示。
圖1 吹氣裝置測(cè)量液位的原理圖
吹氣介質(zhì)流過(guò)過(guò)濾減壓閥后,經(jīng)恒流裝置和轉(zhuǎn)子流量計(jì)緩慢地從容器鼓泡排出液面。通常要求每分鐘排出液面的氣泡數(shù)量在幾十個(gè)為宜。由于吹氣管A排出的氣體流量極小,吹氣管A處的氣體壓力與液體介質(zhì)的壓力近似相等,吹氣管B處氣體壓力等于A處氣體壓力加上AB兩處的壓損,吹氣管D處氣體壓力等于C處氣體壓力加上CD兩處的壓損,從而通過(guò)差壓變送器測(cè)量得到BD兩處的差壓即可速算得到容器的液位。
AB,CD之間的壓損與吹氣管的長(zhǎng)度以及流量有關(guān),在設(shè)計(jì)取壓時(shí)盡量使AB的距離與CD的距離保持一致,正負(fù)壓氣管的流量一致,即:
公式(3)即可簡(jiǎn)化為:
其中,ρ為液體密度,g為重力加速度。
通過(guò)測(cè)量BD處的差壓PBD即可計(jì)算得到液體的液位。
(2)影響吹氣裝置精度的因素
1)吹氣壓力和流量
吹氣裝置正常工作時(shí),應(yīng)保持正壓管每分鐘最多鼓出幾十個(gè)氣泡,氣體流量保持恒定值,此時(shí)管內(nèi)壓力恒定。否則,逸出氣體過(guò)多或者呈線性逸出,將導(dǎo)致誤差顯著增大;逸出氣體過(guò)少,有可能導(dǎo)致液體回流或者氣流反向。
高血壓和糖尿病都為終生疾病,近年來(lái)發(fā)病率日益升高?;颊唛L(zhǎng)時(shí)間患病會(huì)有焦慮、恐懼、無(wú)助等相關(guān)不良心理情緒[1],這些不良心理情緒不利于疾病控制,導(dǎo)致病人治療依從性差,影響治療效果。有相關(guān)研究表明[2],高血壓合并糖尿病給予護(hù)理路徑表干預(yù),具有一定影響,能夠提高患者治療依從性。為此,該文2016年5月—2017年5月探討高血壓合并糖尿病老年患者實(shí)行護(hù)理路徑表干預(yù)的臨床護(hù)理效果,現(xiàn)報(bào)道如下。
2)吹氣管的壓力損失
吹氣裝置測(cè)量液位的前提是忽略管道的壓損。吹氣源壓力越高、流量越大,測(cè)量取壓點(diǎn)下游吹氣管線越長(zhǎng),管徑越小,誤差越大,且上述條件不變時(shí),被測(cè)壓力越小,誤差越大。
3)被測(cè)液體密度變化
當(dāng)被測(cè)液體密度不穩(wěn)定,或者因溫度等參數(shù)變化引起密度變化時(shí),將導(dǎo)致液位測(cè)量出現(xiàn)較大偏差,此時(shí)需要引入另外一組吹氣裝置或者其他密度測(cè)量手段進(jìn)行被測(cè)液體的密度測(cè)量,從而對(duì)液位進(jìn)行密度修正。
通過(guò)對(duì)吹氣裝置測(cè)量液位的原理分析,只有保證吹氣流量的穩(wěn)定才能認(rèn)為正壓側(cè)吹氣管底端氣體壓力與該處液體介質(zhì)的壓力相等,同時(shí)氣體流量恒定才能使得正負(fù)壓側(cè)吹氣管底端到差壓變送器取壓點(diǎn)的壓損一致。在使用過(guò)程中,流量和壓力的不穩(wěn)定引起的誤差直接影響測(cè)量的精度。
1.1 智能化吹氣裝置組成
氣體流量控制一般是靠節(jié)流閥和流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)智能控制器將節(jié)流閥和流量計(jì)組成負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制回路,構(gòu)成智能化吹氣裝置。其原理是氣體的流速轉(zhuǎn)化為葉輪的轉(zhuǎn)速,葉片上的小磁片經(jīng)過(guò)霍爾元件時(shí),產(chǎn)生并輸出脈沖電信號(hào),智能控制器記錄下脈沖信號(hào)并轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速,也就得到氣體的流量;將此值與流量的初始值比較后,智能控制器發(fā)出一定數(shù)量的脈沖觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)節(jié)流閥,改變氣體的流量值,從而實(shí)現(xiàn)氣體流量的自動(dòng)控制。
智能控制器的程序運(yùn)行方式是循環(huán)掃描方式,而非順序執(zhí)行方式。首次掃描時(shí)初始化一些功能,例如高速計(jì)數(shù)器、電機(jī)脈沖等,然后接受參數(shù)的輸入,包括:流量值、吹氣時(shí)間、選定工作方式(脈沖或連續(xù))等,然后程序即按照設(shè)定的參量驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)流量,置位導(dǎo)通電磁閥控制吹氣時(shí)間和吹氣方式,完成預(yù)定的吹氣工作后,控制電磁閥端口置零關(guān)斷氣源,并重新等待操作者的指令。
圖2 一進(jìn)五吹六引壓智能化吹氣裝置原理圖
以一進(jìn)五吹六引壓為例,設(shè)計(jì)原理圖如2所示。壓縮氣先進(jìn)入電動(dòng)調(diào)壓閥,氣壓傳感器采集壓力信號(hào)后輸入智能控制器,通過(guò)智能控制器自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力;經(jīng)過(guò)調(diào)壓之后的氣流進(jìn)入電動(dòng)節(jié)流閥,流量計(jì)信號(hào)輸入智能控制器,通過(guò)智能控制器自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)電動(dòng)節(jié)流閥,完成恒流控制。
智能化吹氣裝置,當(dāng)有氣源用氣支線發(fā)生意外時(shí)或者不同支線啟動(dòng)停止瞬間,所產(chǎn)生的沖擊由反饋信號(hào)提供給控制系統(tǒng),避免沖擊瞬間氣源因沖擊過(guò)大而造成壓力流量不足的情況出現(xiàn)。
由于保證了氣體流量的自我整定恒流功能的實(shí)現(xiàn),使得智能化吹氣測(cè)量裝置比傳統(tǒng)無(wú)恒流自我整定的吹氣裝置測(cè)量精度高出至少一個(gè)數(shù)量級(jí),同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
表1 五個(gè)吹氣回路基本性能測(cè)試結(jié)果
表2 單個(gè)吹氣回路不同條件下基本性能測(cè)試結(jié)果
通過(guò)對(duì)該裝置在多工況下的模擬測(cè)試得出:
(1)吹氣裝置適用的壓力范圍為1 bar~3 bar,流量范圍為15 L/h~60 L/h;
(2)最佳吹氣壓力1 bar,吹氣流量15 L/h~30 L/h;
(3)隨著輸氣管路加長(zhǎng),精度會(huì)降低,在一定范圍內(nèi),輸氣管路長(zhǎng)度的影響可進(jìn)行修正。
1.3 擴(kuò)展功能
智能化吹氣裝置,內(nèi)置智能控制器,使得整個(gè)系統(tǒng)具備了多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)(可兼容或選擇多種通信協(xié)議的接口)、系統(tǒng)參數(shù)自我整定、安全故障自我保護(hù)、輔助觸電輸出、應(yīng)急消息發(fā)布或自動(dòng)提醒等智能化功能。
智能化吹氣裝置可以通過(guò)干觸點(diǎn)或通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)智能控制器組網(wǎng)中各變送器信號(hào)及設(shè)備的當(dāng)前信息采集(如壓力、壓差、流量、溫度;斷路器位置信號(hào);保護(hù)測(cè)控裝置的各種信息等)及調(diào)節(jié)閥、調(diào)壓閥、止回閥、針型閥、截止閥、三閥組的分/合、開度控制,可提供完備的報(bào)表、趨勢(shì)和分析工具等,提高數(shù)據(jù)采集匯總能力。
將電站中各個(gè)吹氣測(cè)量裝置智能控制器進(jìn)行組網(wǎng),可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控,是對(duì)核電及常規(guī)電力專用吹氣測(cè)量裝置的一次創(chuàng)新,也是電站安全生產(chǎn)的發(fā)展方向。
吹氣管的正壓管管口應(yīng)與被測(cè)液體設(shè)備底部保持適當(dāng)距離,建議5~10 cm之間,以便于吹氣管中氣泡的順利逸出。這段距離即為吹氣裝置測(cè)量的盲區(qū)。一般情況下,吹氣管口采用平口方式,如果采用45°斜口,則測(cè)量盲區(qū)應(yīng)是斜口上端口到設(shè)備底部的距離。另外,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),吹氣管的長(zhǎng)度不宜超過(guò)10 m,也就是對(duì)于液位高于10 m的容器不適合使用吹氣裝置。某些場(chǎng)合,在吹氣管底部開“V”形口,目的是為了避免形成較大的氣泡而影響測(cè)量精度,也減少懸浮物顆粒進(jìn)入吹氣管底部。
測(cè)量帶壓設(shè)備時(shí),吹氣管內(nèi)的壓力P與設(shè)備內(nèi)最大壓力值P設(shè)備max、氣路元件的壓降P氣路和最大液位壓力Phmax之間的關(guān)系應(yīng)滿足:
這樣,設(shè)備中的溶液才不可能倒灌出來(lái)。這對(duì)放射性的介質(zhì)測(cè)量非常重要,所以在測(cè)量帶壓容器內(nèi)的介質(zhì)時(shí),一定要在吹氣管上安裝逆止閥,以防止氣流方向。吹氣裝置和差壓變送器的安裝標(biāo)高要大于設(shè)備內(nèi)最高液面的標(biāo)高,進(jìn)一步防止液體倒流。另外為了防止堵塞氣口,可以把吹氣管出口做成錐形,縮小出口口徑,增加出口流速,使得在正常使用時(shí)被測(cè)液體不易進(jìn)入吹氣管。
當(dāng)被測(cè)液體中,氣泡(可能來(lái)源有:吹氣管的壓空、被測(cè)液體的蒸發(fā)過(guò)程或者化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的氣體釋放、被測(cè)液體攪拌過(guò)程中的壓空等)過(guò)多,氣管出口氣泡不再是一個(gè)一個(gè)孤立地冒出,而是呈線性或者局部氣流,此時(shí)儀表指示降低,并隨著氣泡量的增加,誤差越來(lái)越大。所以吹氣裝置對(duì)有劇烈放氣反應(yīng)的液體參數(shù)測(cè)量不適用。
吹氣裝置只有吹氣管和介質(zhì)接觸,其余部件都安裝在設(shè)備以外,與被測(cè)液體不接觸,屬于非接觸式儀表,非常適用于高溫、高壓、腐蝕性、粘度高以及劇毒等介質(zhì)的液位測(cè)量,而且是全機(jī)械結(jié)構(gòu),無(wú)可動(dòng)部件,故障率低。
國(guó)產(chǎn)化和智能化是我國(guó)核電和常規(guī)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)投資和安全生產(chǎn)的發(fā)展方向。智能型吹氣裝置實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)調(diào)度和流量自動(dòng)調(diào)節(jié),同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能,比較適用于核電和常規(guī)火電等惡劣工況下的液位等參數(shù)測(cè)量。
[1]胡勇鋒.新一代吹氣法液位計(jì)及其應(yīng)用[J].中國(guó)儀器儀表,2012(8):69-72.
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[3]王永祥,陳國(guó)民.基于Cortex-M3微控制器船舶吹氣液位檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)采集[J].廣州航海高等??茖W(xué)校學(xué)報(bào),2010(9):13-14.
Intelligent Air Blowing Device and Its Application Notes
QI Li-hua,LIU Zhuo
(China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd.,Shenzhen518000,China)
After analyzing the basic principle of air blowing device used to measure liquid level,the design structure and test results of a new intelligent air blowing device are present,it is able to adjust automatically air pressure and flow.Some notes for engineering application about it are given.
air blowing device;liquid level measurement;intelligent
TH816
A
1009-9492(2014)08-0153-04
10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.044
齊麗華,女,1982年生,河北滄州人,大學(xué)本科,工程師。研究領(lǐng)域:核電站儀表和系統(tǒng)智能控制技術(shù)。 (編輯:王智圣)
2014-07-11