摘 要：单法兰液位变送器广泛应用石油、化工、电站等国民经济各部门，由于单法兰液位变送器定期校验、腐蚀失效以及密封面损伤泄漏等问题导致生产停车、停产，造成巨大的经济损失和安全隐患。基于上述原因，开収研制了一种具有自主知识产权的单法兰液位变送器，实现单法兰液位变送器在线工况的一开一备。该装置目前已应用于各类化工行业。
单法兰液位变送器作为一种自动阀门，是各类锅炉、压力容器和压力管道等设备不可缺少的安全附件，起到超压保护的作用，广泛应用于石油、化工、电站等国民经济各个部门。单法兰液位变送器作为安全保障重要设备之一，行业对其的使用与校验有着明确、严栺的觃定。如何解决单法兰液位变送器的定期校验［1］与此同时保证生产设备的连续运行，实现生产利益#大化，是迫在眉睫需要解决的问题。
为满足生产连续在线运行［2］，一般采用两台单法兰液位变送器同时在线运行的方式，分别在两台单法兰液位变送器入口处安装截止阀门，使其处于一备一用的状态，截止阀也应相对应的处于一关一开的状态。此方式不但增加了管线设计的复杂性，同时也增加人为误操作的可能，需增设相应的互锁功能，从而带来了使用的不便与成本的增加。
目前国内外主要的单法兰液位变送器制造厂都研究开収了多种该型双截止切换阀，特别在欧洲的单法兰液位变送器制造厂该型产品的研制相对成熟，如德国的LESER、Bopp&Reuther，法国的SARASIN等品牌。该类产品型式多样，使用原理都基本类似，都是通过双向切换，使单法兰液位变送器处于一备一用的状态，解决单法兰液位变送器检测或维修与生产连续运作的矛盾。
现自主开収研制了一种具有自主知识产权的单法兰液位变送器，实现单法兰液位变送器在线工况的一开一备。该型产品目前在国内的使用量不断增大，特别在某些化工厂有着广泛的应用，存在广阔的市场应用前景。本文主要就单法兰液位变送器的工作原理、设计要点和特点应用作一介绍。
1单法兰液位变送器介绍
单法兰液位变送器是为解决单法兰液位变送器的校验与延长受保护设备生产周期之间的矛盾而设计的，在满足系统正常开车运转的同时又能对单法兰液位变送器进行校验和维修。单法兰液位变送器由双截止型三通切换阀、单法兰液位变送器、泄放阀及相应的外围管线（视需要与否安装）极成，见图1。通过双截止型三通切换阀的往复切换可以始终做到一台单法兰液位变送器在线进行超压保护，另一台作为维修备用。
2 工作原理
单法兰液位变送器主要核心部分是由 2 台单法兰液位变送器与切换阀门共同极成（图 2）。通过与单法兰液位变送器连接的切换阀门的动作，实现单法兰液位变送器在线的一开一备。
切换阀（图 3）主要由手轮（序号 5）带动阀杄螺母（序号 6）转动，手轮施加力矩通过螺纹传动使得阀杄（序号 3）与阀瓣（序号 1）在阀体（序号4）内横向移动，阀瓣与固定于阀体上的阀座（序号2）接触，产生压力，形成密封比压，从而保证阀门密封。
切换装置通过进行切换阀的手轮操作实现单法兰液位变送器的在线切换。切换阀通过齿轮传动将手轮施加力矩转换为横向力，带动阀瓣横向运动，通过阀瓣与阀座受力接触，形成所需密封比压，实现阀门密封。同时采用摩擦阻力小，密封系数高的填料作为阀杄的密封元件，降低了阀门切换的阻力，提高切换效率。
切换装置根据API600《石油和天然气工业用螺栓连接阀盖的钢制闸阀》进行设计，保证了阀门适用与各种恶劣工况的
单法兰液位变送器使用。另一方面，快速切换阀主要靠手动驱动阀门的切换，通过密封力、阀杄运动阻力，可准确计算手轮所需力矩，手轮大小，#终实现单人、快速有效的阀门切换；通过安装于阀杄上且与阀杄同时运动止动板（序号8）的移动位移，瞬时位置，直观、清楚的反应切换阀开启位置、工作状态，避免阀门由于施加密封压力过大导致密封失效，枀大降低人员对阀门的误操作概率。
3单法兰液位变送器的设计要点
3.1整体结构设计
切换阀通过齿轮传动将手轮施加力矩转换为横向力，带动阀瓣横向运动，通过阀瓣与阀座受力接触，形成所需密封比压，实现阀门密封。
一方面根据使用压力进行传动T型螺纹、阀座、阀瓣以及阀杄进行强度校核，保证阀门切换过程中不会由于单个零件受压超出材料使用应力収生零件变形、断裂，从而导致阀门机械失效；根据API600《石油和天然气工业用螺栓连接阀盖的钢制闸阀》：在严酷工作条件使用的用螺栓连接阀盖的钢制闸阀觃定的技术要求的壁厚进行阀体设计，保证了阀门适用与各种恶劣工况，更具有广泛的适用性。
另一方面，快速切换阀主要靠手动驱动阀门的切换，通过密封力、阀杄运动阻力，可准确计算手轮所需力矩，手轮大小，#终实现单人、快速有效的阀门切换；通过安装于阀杄上且与阀杄同时运动止动板（序号8）的移动位移，瞬时位置，直观、清楚的反应切换阀开启位置、工作状态，避免阀门由于施加密封压力过大导致密封失效，枀大降低人员对阀门的误操作概率。
3.2密封设计
单法兰液位变送器密封主要包含阀体与阀体间、阀杄与阀体间以及阀座与阀瓣之间三方面的密封设计：
（1）阀体与阀体间密封面密
封阀门阀体间主要采用垫片的形式进行密封，通过阀座与阀体间挤压垫片，螺栓紧固进行密封，通过垫片外径、内径与阀体、阀座的有效配合，合理配搭间隙，阀座与阀体间机械限位，可有效控制垫片的轴向压缩量与径向变形量，确保合适压缩，高效密封，同时提高垫片的使用寿命。
（2）阀杄与阀体间密封
阀杄与带动阀瓣来回运动，与其阀体间采用填料（序号7）进行密封。填料密封［3］有效降低了阀杄滑动之间的摩擦力，降低了阀门切换阻力。采用了填料压盖（序号9）、填料垫（序号11）和填料压套（序号10）相互配合，调整填料压缩角度，距离和力的大小，实现填料有效密封。同时根据使用工况的不同，调节填料压缩长度，降低由于工作介质、温度对填料密封效果影响，提高阀体与阀杄间的密封性。
（ 3）阀座与阀瓣间密封
阀座与阀瓣间的密封为切换阀设计关键，综合考虑切换阀所需密封比压，密封零件强度和密封形式三方面。阀座、阀瓣采用锥面对锥面的线密封形式，以线密封的形式进行密封，通过调整阀座、阀瓣密封面的倾斜角度，提高密封比压；阀座与阀瓣若出现细微轴心偏移时，锥面与锥面间可完成辅助调整作用，进一步提高阀门的密封性能，有利于阀门长期有效、稳定密封。
3.3流道结构设计
快速切换阀流道主要由阀体、阀座、阀瓣和阀杄四部分极成，通过阀瓣的左右移动，形成两种不同流道结极，其一阀瓣与左端阀座接触形成密封，其右侧形成开启通道，形成不含阀杄在内的流道结极。反之，当阀瓣与右端阀座接触形成密封，形成含阀杄在内的流道结极。针对双截止内部双直角圆弧三通流路的特点，减小内部流路的阻塞，扩大内部流动区域，降低入口与出口间的变化角度与移动距离，可有增加阀门的流通能力，降低阀门的流阻系数。
通过阀杄、阀瓣设计强度满足的情况下，降低了二者的轴向宽度，减其横向面积，减小其对内部流路的阻塞，提高有效流通面积与流通面积比值至少小于0.5；通过入口处渐变扩径，扩径#大处与入口通径实现成比例放大，同时减小出口两横向距离，增大双直角圆弧的曲率，降低由于角度突变形成的流动能量损失；通过上述的设计加强，切换流通从理论上提高了阀门的流通能力。
4单法兰液位变送器的应用特点
单法兰液位变送器作为单法兰液位变送器在线备份的可靠方案，具备以下特点：
（1）wuxu装置停车，提供连续的超压保护，避免应急停车维修所带来的昂贵费用损失；
（2）压降损失小，具有足够的排放能力；
（3）切换系统操作安全、快捷；对单法兰液位变送器进出口均装有切换阀的联锁切换装置，设置了专门的互锁机极，有效避免误操作；
（4）丰富的材料配置及结极设计可以胜任高温、低温、高压、强腐蚀性介质等多种苛刻工况。
5结束语
单法兰液位变送器适合各类通用行业的要求，其密封形式采用金属锥面密封，可广泛应用于水、液氮、液氧、液化天然气等介质的工业管路、储罐上。密封面可使用硬质合金、蒙乃尔、哈氏合金等特殊材质，阀体过流经过碳化钨、渗氮、堆焊耐磨材质等特殊工艺处理，使得切换装置可以胜任高温、低温、高压、强腐蚀性介质等多种苛刻工况，广泛应用于石油化工、电力、冶金等行业。随着化工技术的不断提高，单法兰液位变送器的设计和使用也将会不断提高与进步。
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