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    防爆磁翻板液位計與玻璃管液位計性能及經濟效益比較

    發布時間:2021-01-22 16:45:59??點擊次數:446次

    一、本文概述
    在石油化工企業的生產過程中,安全性是最重要的考量因素,無論是生產工藝還是生產設備都首先要從安全性第一出發,近年來,時常出現關于石油化工企業經常因為跑、冒、泄露等引發火災或爆炸事故的新聞報道,究其原因,有些事故是人為失誤,有些是檢測儀器等設備的設計缺陷,甚至是因為不正確的儀表設備選型引起的。為從源頭上解決泄露安全隱患問題,需要采用一種更具安全性的實用性的液位測量儀表,本文所推薦的就是這種新型防爆磁翻板液位計,這種防爆磁翻板液位計是利用阿基米德定律、牛頓第三運動定律及磁性物質的特性,將液面檢測浮子與水久磁鋼分體設計,浮子設置在容器內,水久磁鋼設置在容器外,保證檢測液體封閉在容器內。既能避免容器外連通管內易燃易爆液體泄漏,液面計又不受液面檢測高度的限制,徹底解決了普通玻璃板、石英管液面計易破碎,測量范圍小、受環境溫度影響等缺陷。防爆磁翻板液位計的產品特點在于不僅節能、環保,制造成本低,而且安裝方便、適用不同高度容器的液面檢測,應用于石油化工等工業企業,具有很好的應用前景??梢源蟠蠼档桶踩[患,減少危險源,并能節省成木,提高經濟效益。
    背景與分析
    山東省是工業大省,石油、石化企業多,東營、淄博、黃島都有大型石化企業,石油化工品是爆炸火災危險場所,尤其在黃島臨海區域,化工品的泄露、爆炸事故將直接污染黃海。2013年黃島因為原油泄露引發特大爆炸事故,造成重大人員傷亡,人民生命財產損失慘重。
    化工品儲存設備的直讀式液位檢測儀,目前通行的做法是利用物理學中連通管原理,采取容器或設備外安裝玻璃管或石英管式液位計測量液面,如果閥門腐蝕、玻璃管破碎都會導致化工品泄露,存在安全隱患。作為中學生,利用我所學過的物理知識,如阿基米德定律、永久磁鋼特性等,發明一種新的液位檢測方法去消除安全隱患,并從安全性、實用性、經濟性等多方面做出對比,并做到儀表木質安全。
    二、研究成果
    2.1傳統直讀式玻璃管或石英管式液位計的缺點
    如圖1所不為石化廠典型直讀式玻璃管或石英管式測量液位計圖,利用連通管原理將設備內液體引致設備外玻璃管內,人們可以通過觀察玻璃管內的液面從而獲取設備內的液面高度。
    此測量方法有如下缺點:
    1)閥門連接處容易泄露,如果設備內儲存為化工品,泄露后易發生火災和爆炸。
    2)如容器設備內儲存水等易凍液體,冬天氣溫低時,玻璃管內液位易凍,需做伴熱處理,耗能。
    3)當液位在玻璃管上下側時,觀察不到液位,存在觀察盲區。
    4)玻璃管液位計或石英管液位計長度最長一般為2m,當容器設備高達2m以上時,需要設置多個玻璃管液位計或石英管液位計進行疊加,受高度限制,觀察不方便[[3]0
    5)玻璃板液位計或石英管液位計加工成本高,價格昂貴,安裝閥門、伴熱設施等附加費用高。

    2.2理論基礎
    基于直讀式玻璃管或石英管式液位計的缺點,利用所學過的物理知識,發明一種磁力式液位計,能解決以上問題。所用知識點如下:
    1)阿基米德定律:浸在液體(或氣體)里的物體受到豎直向上的浮力作用,浮力的大小等于被該物體排開的液體的重力。
    2)牛頓第三定律:兩個物體之間的作用力和反作用力,總是同時在同一條直線上,大刁、相等,方向相反。
    3)永久磁鋼的性質:同名極相斥、異名極相吸的性質。2.3防爆磁翻板液位計的設計與構思
    防爆磁翻板液位計由不銹鋼浮子、導向鋼絲、滑輪、永久磁鋼、磁翻板及安裝支架構成。
    設浮子重力為G,鋼絲張力為F,浮子在液體中浮力為F浮
    根據阿基米德定律:
    浮力F}=浮子體積「V]x液體密度「P]

    根據牛頓第三定律:
    鋼絲上的張力F=浮子重量一浮力=G-pxV
    考慮到浮子侵人到液面中的穩定性,浮子采用不銹鋼浮子,液體密度為容器中實際所儲存的液體密度,即可計算出鋼絲張力,從而計算出永久磁鋼的重量。浮子重量設置為SOOg,高度為4cm,防爆磁翻板液位計在液面中穩定時,按浮子侵人液面2cm,露出液面2cm設計,根據牛頓第三定律和阿基米德定律,即可計算出永久磁鋼的重量。
    測量原理:當液面升高時,浮子侵人液面的體積增加,此時浮力增加,鋼絲張力因此減小,永久磁鋼將向下運動,同時導向鋼絲拉著浮子上升,當浮子重新侵人液面2cm時,達到新的平衡。當液面降低時,浮子侵人液面的體積減少,浮力減少,此時鋼絲張力增加,永久磁鋼向上運動,浮子下降,直到達到新的平衡。
    圖2中,在容器外安裝磁性翻板,當永久磁鋼運動時,磁性翻板隨永久磁鋼的運動翻轉,將翻板涂成不同顏色,沒翻轉的一面為綠色,翻轉后的一面為紅色,通過觀察磁翻板的顏色,即可知道容器中的液面高度。磁翻板與永久磁鋼之間的磁力作用于水平面,對垂直平面的作用力沒有影響。翻板的數量根據容器的高度任意增減,非常方便,而且沒有任何的液面盲區。
    在實際應用中,如果不需要精確計量,永久磁鋼重量的設置可以忽略滑輪摩擦力的影響,如果精確測量,可以測量滑輪的摩擦力修正永久磁鋼重量。
    三、經濟性對比分析
    假設某設備高為lOm,玻璃板液面計和防爆磁翻板液位計的價格對比如下,其價格來源見項目查新報告附件1中的參考文獻。
    3.1使用玻璃板液位計價格分析
    1)購買玻璃板液位計表

    2)伴熱用耗電能成木
    每年冬季按4個月120天考慮,每套伴熱材料功率按SOW考慮,電費按每度0.55元考慮,則5套每年的用電成木為120x24x0.O5x0.55x5=720元
    3.2磁力式液面檢測液分析

    經對比分析,防爆磁翻板液位計每1Om比玻璃板液位計價格便宜10000多元,而且不需要附加耗能,若某一煉油廠用液面計總長為1OOOm,則能節省投資100萬元,從投資對比可知,此發明若用于工業使用,經濟效益明顯。
    四、防爆磁翻板液位計的優點
    1)安全性高,取消了連通管,液體全部封閉在容器內,不會因為連通管或閥門的腐蝕而泄露,不存在火災爆炸安全隱患。
    2)適用性強,不受容器高度的影響。當容器設備高達數米,甚至數十米時,只需增加導向鋼絲的長度和磁翻板的數量即可。
    3)觀察方便,對于高達數米,甚至數十米的容器,只需觀察磁翻板的顏色即可,不需要象玻璃板那樣就近觀察液面。
    4)液體在容器中,不會在低溫環境下而導致連通管中的液體冰凍,節能、環保。
    5)成木低,經濟性好,安裝附件少,容器高度越高,性價比越高,具有很好的應用前景。

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