低温液体贮槽投入式液位计指示故障分析

摘要:介绍了低温液体贮槽投入式液位计测量原理; 从差压测量管路组成件的基本结构和功能作用出发，全面深入的分析了产生各种液位指示故障的原因，并归纳总结成液位故障分析处置表; 为避免出现液位故障，液位测量管线应进行恰当的设计、严格的制造和正确的使用。

1 前 言

低温液体贮槽( 以下简称“贮槽”) 用于贮存液氧、液氮、液氩以及 LNG 等深冷液体，其液位测量方法多种多样，有差压法、测满阀法、液位开关阀法，浮子液位计法，安全阀法、温度计法、伺服液位计法、雷达液位计法以及电容式液位计法等方法，各种液位测量方法有其优缺点和适用场合 ［1］ ，其中，差压法#为经济实用，因而运用#为广泛。

然而在实际应用中，投入式液位计指示仪表( 一般指投入式液位计) 经常会出现指示失准或根本无法指示的故障，给用户带来诸多不便，严重者甚至导致贮槽无法使用。本文将根据投入式液位计测量基本原理，从液位测量管路组成件的基本结构和功用出发，全面深入的分析产生液位指示故障的原因，并提出预防或解决液位指示故障的措施和方法。

2 差压法测量原理

低温液体贮槽液位差压测量原理如图 1，从贮槽顶部接口引出的气体经过液上阀( A1) 进入投入式液位计( LI) 的低压室; 从贮槽底部接口引出的低温液体，通过干式取压器( QY) 气化稳压后，经过液下阀( A3) 进入投入式液位计的高压室。高低压室的压差推动液位计的指针做旋转运动，从而通过指针旋转角度指示压力差。该压力差由罐内液体高度产生，其值等于液体静压力:

式中，Δp 为罐内液体静压力，Pa; ρ 为贮存介质密度，kg/m 3 ; g 为重力加速度，m/s 2 ; h 为贮存介质高度，m。

由此可见，液位计指针的旋转角度实际是由液柱静压力引起的，不同角度，代表着不同的液位高度。同时，通过液上远传阀 ( A4) 和液下远传阀( A5) ，可将差压传递给变送器，从而将液位信号远传至中控室。

3 液位指示故障原因分析

投入式液位计指示故障包括液位计没有读数，液位计读数与实际不符( 比如与差压变送器或测满阀比较) ，假液位以及液位计指针剧烈跳动等多种现象。这些故障可能与图 1 所示测量管线中的某一个或几个组成件有关，涉及设计、制造和使用等各个环节。

3． 1 液下管线

如图 1，从干式取压器引至液位计高压室的管线为液下管线，它由干式取压器、液下管道和液下阀组成。

3． 1． 1 干式取压器

干式取压器( 简称取压器) 位于液下管与内筒底部的交接处，如图 1。其功能是把从贮槽#低点引入的液体气化，并将气体压力稳定传输到液位计( 或液位变送器) 。取压器结构多种多样，一般孔径较小，特别是某些结构的取压器结构又特别复杂，因而在使用中，经常会出现阻塞情况。取压器完全阻塞后，液位计将无液位指示; 严重阻塞时，液位不能正确指示，通常指示液位会比实际液位低。阻塞可能是冰堵和机械堵塞，或者二者兼有之。

3． 1． 1． 1 冰堵

在初次进液时，如果容器内存在水或潮湿空气，在低温下将会凝结成冰，从而阻塞取压器通道。造成容器内存在水或潮湿空气原因可能有:

1． 试压用空气或氮气未经干燥处理;

2． 运输过程中未进行充分保护，水或潮湿空气进入;

3． 安装后未进行干燥吹扫和露点检测。

3． 1． 1． 2 机械堵塞

内容器制造过程中，焊渣、磨屑等机械杂质未清理干净，使用中随着介质流动而沉积到取压器处，从而阻塞通道孔。这种阻塞一般较轻，但当容器内有潮湿空气时，极可能发生机械阻塞 + 冰堵的情形，从而完全阻塞取压器。

3． 1． 1． 3 未装设取压器

由于设计的原因，有些贮槽并未装设干式取压器，这可能会造成:

1． 液位波动。这是因为缺少取压器的稳压功能。

2． 形成假液位。如贮槽缺少取压器，低温液体会直接进入液下管的#低处，液下管的实际取压位置可能会下降 60 ～ 160 mm( 由具体结构决定) ，从而形成假液位。此时，液位计指示液位比实际液位高，实际液位可由指示液位减去假液位得到。假液位虽然不会影响贮槽性能，但可能会影响使用者的库存管理。

3． 1． 2 液下管道

液下管道很少会出问题，如出问题，通常可考虑以下两种情况。

3． 1． 2． 1 阻塞

液下管道阻塞的原因和阻塞后的结果与干式取压器阻塞后相同。由于取压器接口处结构复杂，孔径较小，因而阻塞通常都发生在该处。若该处不阻塞，液下管道基本上就不会阻塞。

3． 1． 2． 2 泄漏(破裂)

如果使用不合格管材，液下管也存在破裂的可能。液下管道破裂后，导致介质泄漏，传递到液位计高压室的压力减低，液位计读数将减少; 同时液下管根部( 靠近外壳) 温度降低，甚至出现结霜结露现象。

3． 1． 3 液下阀

液下阀很少出现阻塞( 原因与液下管道一样) ，但作为阀门，容易出现内漏和外漏( 含接头处) 问题。内漏不会影响测量; 外漏与液下管破裂一样，会导致液位计读数减少，靠近外壳体的液下管根部温度降低。

3． 1． 4 液下管线阻塞预防措施

为了避免阻塞的发生，内罐应做清洁度检测，彻底去除机械杂质; 试压用空气或氮气应彻底干燥; 制造完毕的储罐应正压封存，充分保护后运输; 安装完成后，应检查密封气的压力，无压力时，应重新对贮槽及液位测量管线进行彻底吹除。

3． 2 平衡管线

如图 1，平衡管线连通液下管和液上管，由平衡阀( A2) 及其两端管道组成。测量时，液下阀、液上阀开启，平衡阀关闭; 需要调校液位计时，液上阀、液下阀关闭，平衡阀开启; 当平衡管线与液下管线、液上管线同时开启时，低温液体会从液下管线、经平衡管线、液上管线回流至贮槽顶部，从而形成类似于自增压管线的回路，此时，液位计指针剧烈波动，液下管将迅速降温结霜。

实际使用中，液位指示问题很多与平衡阀泄漏有关，平衡阀泄漏通常有内漏( 常见) 和外漏两种情况:平衡阀严重内漏时，如同平衡阀开启，液位计指针剧烈波动，液下管结霜，液位计无指示或只指示有少量液位; 平衡阀轻微内漏时，靠近外壳体的液下管根部温度降低，有可能结露，液位计两端差压减小，液位计指示液位低于实际液位。

平衡阀外漏分两种情况: 一种是靠近液下管侧外漏，如液下管与平衡阀的卡套接头或焊接接头泄漏，此时相当于液下管道破裂，靠近外壳体的液下管根部温度降低，液位计读数将减少; 另一种是靠近液上管侧外漏，如液上管与平衡阀的卡套接头或焊接接头泄漏，此时相当于液上管道破裂，靠近外壳体的液上管根部温度降低，液位计读数将增大。

3． 3 液上管线

如图 1，从贮槽顶部接口引至投入式液位计低压室的管线为液上管线，它由液上管道和液上阀组成。由于液上管线不与液体接触，使用中很少出现液上管线阻塞的情况。

液上管线偶有外漏现象，如液上管道破裂或液上阀外漏，此时液上管压力降低，液位计读数将增大，靠近外壳体的液上管根部温度降低。另外，液上阀也会出现内漏现象，但不会影响正常测量。

3． 4 投入式液位计

目前，贮槽上采用的投入式液位计大多是成都兰石、新兰石或进口美国巴顿的产品，该类产品在其关键元件中心板两端连接低压波纹管组件和高压波纹管组件，是较为精密的液位测量仪表。投入式液位计

常见的问题是指针不归零和液位计损坏。液位计指针不归零应调校，否则会出现假液位。假液位( 应排除密度影响) 常见现象如下:

1． 液位计指示满液位时，测满管尚不能喷出液体;

2． 未指示满液位时，测满管已喷出液体;

3． 液位计指示尚有液体，实际上已无液体。

液位计损坏应返厂维修。通常在充排液过程中，如管路正常而液位计指针未跟随摆动时，则应判断为液位计损坏。另外，现场液位也可与中控室液位进行比较分析，综合判断液位计是否损坏。

3． 5 远传管线及差压变送器

从液上远传阀( A4) 引至差压变送器的为液上远传管线，该管线泄漏将使远传液位增大，靠近外壳体的液上管根部温度降低; 从液下远传阀( A5) 引至差压变送器的为液下远传管线，该管线泄漏会引起远传液位偏小，靠近外壳体的液下管根部温度降低。注意不管是液上远传还是液下远传泄漏，均会影响到变送器的读数和就地液位计的指示，这在实际中也时有发生。

4 液位故障归纳处置表

基于上节对贮槽液位故障原因的分析，为了便于故障处理，这里将故障现象、原因和处理措施进行分析、归纳和总结，整理成表，见表 1。

5 液位指示故障预防措施

尽管液位计指示故障原因多种多样，但简单归纳起来，只有三点: 设计、制造和使用。只要这三个方面做好了，就可以避免液位指示故障。

5． 1 设计、制造

贮槽生产厂家应对由设计、制造导致的液位指示故障负责。厂家应采取以下措施，避免液位指示故障:

1． 合理设计干式取压器;

2． 液下、液上管取样口院秒进排液口和气体放空口［2］ ;

3． 液上、液下取样口、测满口设置正确;

4． 适当增大液下管管径;

5． 选用优质仪表阀;

6． 测量管路应严格进行气密性检验，可通过涂肥皂水方法检查;

7． 测量管线进行彻底吹除，露点应达标;

8． 液位计运输安装时，应小心谨慎，不可碰撞和敲打。使用前应先检查指针是否对零，安装时注意垂直于地面。

5． 2 使用

贮槽的使用者应知晓投入式液位计测量的原理和操作程序，重点注意事项如下:

1． 贮槽使用前应检查密封氮气压力，如无则应重新吹扫置换，检查测量管线露点是否达标。

2． 液位计使用时，应严格遵守开停步骤: 当液上、液下阀及平衡阀都关闭的情况下，应先打开平衡阀，然后慢慢开启液下阀、液上阀，#后及时关闭平衡阀。达到稳定后，指针指示读数即为该贮槽液面高度。

3． 定期调校液位计。

4． 操作人员应进行适当培训。

6 结 语

贮槽液位指示故障与各液位测量管线组成件密切有关，为避免出现液位指示故障，各组成件应进行恰当的设计、严格的制造并被正确使用。