小型移動(dòng)物位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

李占發(fā) ，劉曉陽 ，楊健 ，肖東彩 *

（1.銀川能源學(xué)院，寧夏 銀川 750105；2.寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏石嘴山 753200）

近年來隨著全國能源化工類企業(yè)大量西部轉(zhuǎn)移，我區(qū)目前能源化工行業(yè)所占比例越來越高。隨著大量化工企業(yè)陸續(xù)在寧夏建廠，寧夏地區(qū)各類化工企業(yè)短缺化工設(shè)備、儀表維護(hù)的高技能型人才。

研制“教、學(xué)、訓(xùn)”一體化功能的微型實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置迫在眉睫。實(shí)現(xiàn)與工程實(shí)踐的“零距離”接觸，培養(yǎng)學(xué)生從事化工企業(yè)儀表崗位技改、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、檢修及校驗(yàn)等的基本技能，微型實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置能將企業(yè)常用檢測(cè)、控制單元“微型化”、“課堂化”，再現(xiàn)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景。將能適應(yīng)過程裝備與控制工程專業(yè)、能源化學(xué)工程專業(yè)、化學(xué)工程與工藝等本科專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)。將使學(xué)生不出校門就掌握了實(shí)際生產(chǎn)所需掌握的一部分技能，完成一個(gè)高起點(diǎn)、高效率的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。

1 差壓式物位測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

差壓式物位變送器其主要由儲(chǔ)罐、智能差壓變送器、差壓變送器校驗(yàn)儀、工業(yè)型材支架、各類工藝接管及其連接件、輪轂、截止閥、球閥、管材活接口、三組閥、電源箱、導(dǎo)線、生料帶、90 度彎頭、液位計(jì)、軟膠墊等附件組成。

2 差壓式物位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)原理

差壓式物位測(cè)量系統(tǒng)的根據(jù)[1]是

式中：

Δ P——液面靜壓力差，Pa；

ρ——水的密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2，常取值g=9.8 m/s2；

h——液面高度，cm。

（1）研究方法：液柱或物料堆積（一般為液體）對(duì)某點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理進(jìn)行工作；

（2）技術(shù)路線：依據(jù)差壓式物位測(cè)量原理（式1），設(shè)計(jì)差壓式物位變送器安裝、調(diào)試、維護(hù)、校驗(yàn)一體化實(shí)訓(xùn)裝置。

2.2 主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）結(jié)合實(shí)際情況確定各部分幾何尺寸；

（2）考慮儲(chǔ)罐及各個(gè)附件的總重及選用；

（3）對(duì)支架及夾子的選材和強(qiáng)度確定。

2.3 儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)

儲(chǔ)罐用以存放酸堿、醇、氣體、液態(tài)等提煉的化學(xué)物質(zhì)。儲(chǔ)罐的制造加工廣泛分布在華北地區(qū)，根據(jù)材質(zhì)不同大體上有：聚乙烯儲(chǔ)罐、聚丙烯儲(chǔ)罐、玻璃鋼儲(chǔ)罐、陶瓷儲(chǔ)罐、橡膠儲(chǔ)罐、不銹鋼儲(chǔ)罐等。就儲(chǔ)罐的性價(jià)比來講，現(xiàn)在以鋼襯聚乙烯儲(chǔ)罐最為優(yōu)越，其具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、強(qiáng)度高、壽命長等[2]，外觀可以制造成立式、臥式、運(yùn)輸、攪拌等多個(gè)品種。根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)室情況選取合適大小的儲(chǔ)罐。

2.4 支架的選取及確定

根據(jù)儲(chǔ)罐總重大小選取經(jīng)濟(jì)、美觀和實(shí)用的材料，符合所需要的強(qiáng)度。強(qiáng)度是零件抵抗整體斷裂、塑性變形及表面失效的能力[3]，選用鋁合金工作臺(tái)連接強(qiáng)度高，拆裝方便。支架單支結(jié)構(gòu)基本尺寸示意圖見圖1，支架連接件實(shí)物圖見圖2。

2.5 各類工藝接管及其連接件、差壓變送器和校驗(yàn)儀等選取

依據(jù)《化工自控設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》《自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì)手冊(cè)》等國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐的總高為950 mm，除去封頭所占的250 mm 部分，正負(fù)取壓口之間的距離為700 mm，根據(jù)式（1）計(jì)算，介質(zhì)為水，產(chǎn)生的壓力差值為Δ P =6.86 kPa，則據(jù)壓力差確定差壓變送器的選取范圍為0～10 kPa, 精度0.1 級(jí)，輸出信號(hào)4～20 mA，三組閥為差壓變送器配套附件。差壓變送校驗(yàn)儀的測(cè)量范圍大小根據(jù)差壓變送器測(cè)量范圍選取。壓力校驗(yàn)儀檢測(cè)范圍為-25～25 kPa，壓力精度為± 0.1%～± 0.05%，在測(cè)試過程中校驗(yàn)儀為傳感器或變送器提供24 V 回路電源，并測(cè)量它們的輸出值。儲(chǔ)罐安裝位置確定好后，根據(jù)儲(chǔ)罐的接口來選取各類工藝接管及其連接件。

2.6 整體設(shè)計(jì)圖

整體設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖2 支架連接件實(shí)物圖

圖3 整體設(shè)計(jì)圖

3 裝置制作涉及材料明細(xì)

裝置制作材料明細(xì)見表1。

表1 裝置材料明細(xì)表

4 成品圖

圖4 成品圖

4.1 安裝方法

（1）滑動(dòng)支架的搭建

現(xiàn)場(chǎng)切割長度分別為1680 mm、1689 mm、680 mm 的歐標(biāo)鋁合金型材（40*40）各 4 支，通過配套90° 鋁角件搭建一個(gè) 1680× 680× 1689 長方體支架，4 個(gè)拐角處安裝4 個(gè)3 寸萬向輪腳輪；

（2）儲(chǔ)罐的安裝

儲(chǔ)罐為三腿式支座以焊接方式連接在帶孔的墊板上，由螺栓連接件分別固定在2 支680 mm 的支架上，安裝尺寸依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拆裝差壓變送器方便為原則進(jìn)行靈活移動(dòng)；

（3）配電箱內(nèi)置24V 電源穩(wěn)壓器，安裝在差壓變送器的上方，選擇長方體支架的拐角處安裝，通過90° 鋁角件加緊固定；

（4）壓力校驗(yàn)儀器放置平臺(tái)的安裝高度依據(jù)其與差壓變送器的通訊方便為原則，平臺(tái)高低可以通過90° 鋁角件靈活調(diào)節(jié)支架位置；

（5）引壓管通過焊接與儲(chǔ)罐相連，引壓管口與三組閥之間的引壓管由螺紋連接。

4.2 用途

本測(cè)量系統(tǒng)是一種常用的在線液位檢測(cè)、校驗(yàn)裝置?？勺鳛槌鯇W(xué)者對(duì)過程控制儀表的使用、校驗(yàn)和維護(hù)方法的訓(xùn)練，達(dá)到掌握過程控制儀表與裝置的構(gòu)成原理、使用、安裝和調(diào)試、校驗(yàn)技術(shù)。

4.3 操作流程

（1）借助軟管向儲(chǔ)罐注入H總/2 的水量，觀察磁翻板液位計(jì)與差壓變送器對(duì)于同一檢測(cè)對(duì)象顯示值，顯示液位值若有差別，分析緣由；

（2）借助壓力校驗(yàn)儀對(duì)差壓變送器進(jìn)行在線校驗(yàn)；

（3）對(duì)校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，在允許誤差范圍之內(nèi)繼續(xù)使用，在允許誤差之外及時(shí)調(diào)校至可以正常使用。

4.4 注意事項(xiàng)

（1）儲(chǔ)罐、磁翻板液位計(jì)、引壓管最低處均需要預(yù)留殘液口；

（2）注意壓力變送器安裝時(shí)須輕拿輕放，防止碰撞，壓力校驗(yàn)儀使用時(shí)注意平穩(wěn)性。

4.5 系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）本系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)實(shí)用性強(qiáng)，功能多，不僅可訓(xùn)練學(xué)習(xí)者安裝、運(yùn)行、維護(hù)、檢修差壓變送器，也可進(jìn)行差壓變送器的在線校驗(yàn)；

（2）本系統(tǒng)的美觀性還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

5 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)研制的差壓式物位測(cè)量系統(tǒng)是結(jié)合化工企業(yè)對(duì)化工儀表崗位操作人員的基本技能要求以及相關(guān)課程的實(shí)際教學(xué)研制的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)儀器。該裝置不僅可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者從事化工企業(yè)儀表崗位技改、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、檢修及校驗(yàn)等的基本技能，也可以大大節(jié)約新員工培養(yǎng)成本，同時(shí)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供一定的參考。