吹气式液位计可对敞口或密闭容器内的液体进行测量。除吹气管与被测介质接触外，吹气装置主要设备和液位变送器的测量元件均不与被测介质接触，结构简单可靠，从而保护了测量元件，减少了仪表的维护量，增加了测量的可靠性。吹气式液位计除了能测量普通液体的液位外，特别适用于恶劣环境下，例如腐蚀性液体、黏度较大液体、易结晶液体、高温液体的液位，广泛应用于石化企业中。

1、液位计的运用分析
 应用于污水池液位测量的液位计采用的是静压投入式液位计，污水池水量波动大。石油化工废水水质、水量与生产流程密切相关，工艺过程中产生的废水是连续排放的。石油化工废水成分复杂，废水中含有大量的油类物质、污泥物、重金属物质等。废水pH不稳，受原料、工艺等的影响可能呈强碱性，也可能呈强酸性。设备核心部件使用的是压力传感器，这种液位计是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转换成4-20mA标准电流信号输出。此类液位计在恶劣环境影响下经常会出现检测元件被污水池中油污堵塞、设备密封漏水等故障，不但给工艺造成操作测量失灵，也给仪表维修人员带来大量的工作量。投入式液位计工作原理如图1。


图1 投入式液位计工作原理示意

如图1所示，它由传感器探头和变送器组成，基本工作原理就是静压液位测量，是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，液体介质中，某一个深度产生的压力就是测量点以上的介质自身的重量所产生的。它与介质的密度和当地的重力加速度成正比。通过公式P=ρ×g×h反映了它们之间的比例关系。其中P为压力，ρ为介质密度，g为重力加速度，h为测量点的深度。实际应用是采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号传递到指示仪表来显示液位的变化情况。

在维修这种液位计后发现，探测器探头出现污泥堵塞造成检测元件检测误差大，密封处渗漏或接液的探测传感器与保护壳密封渗漏造成仪表失灵。修复后的探头很容易出现二次故障，线缆密封处再次出现渗漏现象，从而造成压力传感器损坏，使修复后的投入式液位计不能长期稳定的运行，同时在修复过程中这种液位计的压力传感器部件和所测介质之间需要有较高密封性的要求。由于这种液位计故障率高，一年中几个水池中的投入式液位计的压力传感器要更换好几次，每年更换的压力传感器就达十几个，大幅增加了设备维修费用，为此需要找到一种更好更合理的液位测量方法来替代原有的测量方式。

2、常见的液位计及优缺点
①浮球液位计
优点：结构简单，安装方便，维修简单，耐腐蚀。适用污水处理及各类敞口或带压容器内介质液位的测量，对于地下水池和水箱的液位测量尤为理想。磁性浮球液位计由不锈钢或防腐材料制成，且具有隔爆的防护性能。
缺点：有固体杂质和磁杂质进入，对浮子造成卡阻及减弱浮力。安装受容器形状结构的限制比较大；不适合用于腐蚀性强、有危险性的介质。

②投入式液位计
优点：传感器无机械可动部分，结构简单、可靠；精确度高；检测端消耗电能小，动态响应快；维护方便，寿命长。
缺点：传感器密封易渗漏，被测液体的介电常数不稳定会引起误差。

③差压式液位计
优点：差压式液位测量无机械磨损，工作可靠，质量稳定，寿命长，结构简单，安装方便，便于操作维护，体积小适合大多数常温常压的场合。
缺点：引压管内的液体容易受温度影响凝固，需要进行伴热保温。投用时麻烦，须在变送器引压管中注满水才能准确投用。
 
④伺服液位计
优点：不仅可以测量介质液位，同时还具有密度测量功能、油水界面测量功能、介质的平均密度和密度分布测量功能。
缺点：当测量介质黏稠度较高，存在挂壁及黏黏的特性时，伺服液位计在测量上会存在较大的测量误差，不太适合应用在此类介质的液位测量上。

⑤吹气式液位计
优点：吹气装置组成的液位测量系统没有可动部件，除吹气管外，其他测量元件不与被测介质接触。全机械结构，密封性好，故障率低，维护量较小。
缺点：被测液体的杂质多，长年积累后易堵塞了导压管，需定期进行维护维修。

3、项目实施改造
吹气式液位计测量液位准确，液位状态显示稳定，现场设备维护方便。吹气式液位计是非接触式液位测量仪表，可对敞口或密闭容器内的液体进行测量。除吹气管与被测介质接触外，变送器测量元件均不与被测介质接触，从而保护了测量元件，减少了仪表的维护量，增加了测量的可靠性。具体测量是将一根吹气管插入接近容器的底面，即被测液体的最低面(零液位)，然后在吹气管通入一定量的气体，当吹气管中压力近似于测量管液柱高度的静压力时，此时测得的压力指即为液面高度。当被测对象对测量精度要求不高时这种液位测量非常简便适用。具体过程是仪表气源经过过滤器减压器减压后，在定值器输出端定压输出一个等于液位最高值的压力，然后通过仪表针形气阀节流恒流送入测量缓冲罐后再通过测量管吹入水池中，缓冲罐的作用是保证吹入测量管的气流稳定均匀，当吹入测量管的压力近似等于液位的高度时，仪表测量的压力数值就是液位的高度。如图2所示：


图2 吹气式液位计工作原理示意

如图2所示，敞口容器储水池中安装一根吹气管，将气源的空气或者惰性气体(如氮气)通过过滤器减压阀过滤、再经定值器将供气压力减少至某一恒定值，使吹气入口压力保证恒定，其恒定压力的大小根据被测液位高度而定，最后这个洁净恒定压力的空气再经恒节流孔与吹气管后吹入被测液体中，恒节流孔的作用是保证恒定流量的气体从插入液体的吹气管下端口逸出。当液位最低时，气泡吹出没有阻力背压为零，压力计P指示零；当液位增高时，气泡吹出要克服液柱的静压力，背压增加压力计P指示增大。在吹气管下端微量气泡排出约为150个/min时，因气泡微量且气体流速较低，可忽略空气在吹气管中的沿程损失，这样吹气管内的气压几乎与液位静压相等，因此，背压即压力计P所指示的压力值与液面的高低成正比，即反映了液面的高低变化。其关系是：液体压力：F=ρ×g×h，静压平衡时：P=F=ρ×g×h，即液面高度：h=P/ρ×g。

4、吹气式液位计选用优势
①吹气式液位计设备结构简单，易于安装、运行稳定、价格低廉、维护方便在安全生产方面具有很大的优势。
②采用吹气管与被测介质接触避免了检测元件被污泥堵塞的情况，如果吹气管出现堵塞的情况下，只需要通过调整液位计供气压力，将堵塞物通过气源压力吹通即可。
③选用吹气式液位计可以将检测元件从具有腐蚀性介质中转移出来，对检测设备有良好的保护作用，由于压力检测元件从污水池中移至顶部，对后期设备维修与维护都提供了便利条件。

5、改造后的应用
昌晖仪表制造有限公司生产的吹气式液位计在葫芦岛锌业股份有限公司有近二十年使用经验，经应用现场实地考察后选用昌晖仪表吹气式液位计测量污水池液位。吹气式液位计测量原件不接触液体，使仪表无故障工作时间极大延长，利用方便易得的仪表风资源，降低成本、节约费用，提高维修技改技能。在改造中使用过滤减压阀在现场手动调节空气的流量从而达到最优空气消耗数量来减少浪费，同时增加了测量管缓冲室使吹入吹气管的气体更加均匀，以减少气源波动引起的测量干扰。

6、结束语
中海石油葫芦岛精细化工有限责任公司采用吹气式液位计来测量污水池液位，防止传感器和线缆接液，极大的延长压力变送器的传感器寿命和因这些部件接液而造成的仪表故障。提高了仪表的液位测量的准确性、安全性、稳定性，延长了仪表的无故障工作周期。

作者：李磊

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