小型移动物位测量系统的设计与制作

李占发 ，刘晓阳 ，杨健 ，肖东彩 *

（1.银川能源学院，宁夏 银川 750105；2.宁夏英力特化工股份有限公司，宁夏石嘴山 753200）

近年来随着全国能源化工类企业大量西部转移，我区目前能源化工行业所占比例越来越高。随着大量化工企业陆续在宁夏建厂，宁夏地区各类化工企业短缺化工设备、仪表维护的高技能型人才。

研制“教、学、训”一体化功能的微型实验实训装置迫在眉睫。实现与工程实践的“零距离”接触，培养学生从事化工企业仪表岗位技改、安装、运行、维护、检修及校验等的基本技能，微型实验实训装置能将企业常用检测、控制单元“微型化”、“课堂化”，再现企业现场场景。将能适应过程装备与控制工程专业、能源化学工程专业、化学工程与工艺等本科专业相关的实验实训教学。将使学生不出校门就掌握了实际生产所需掌握的一部分技能，完成一个高起点、高效率的实验实训环节。

1 差压式物位测量系统的总体结构

差压式物位变送器其主要由储罐、智能差压变送器、差压变送器校验仪、工业型材支架、各类工艺接管及其连接件、轮毂、截止阀、球阀、管材活接口、三组阀、电源箱、导线、生料带、90 度弯头、液位计、软胶垫等附件组成。

2 差压式物位测量系统的设计方案

2.1 设计原理

差压式物位测量系统的根据[1]是

式中：

Δ P——液面静压力差，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：液柱或物料堆积（一般为液体）对某点产生压力的原理进行工作；

（2）技术路线：依据差压式物位测量原理（式1），设计差压式物位变送器安装、调试、维护、校验一体化实训装置。

2.2 主要部件结构设计

（1）结合实际情况确定各部分几何尺寸；

（2）考虑储罐及各个附件的总重及选用；

（3）对支架及夹子的选材和强度确定。

2.3 储罐的设计

储罐用以存放酸碱、醇、气体、液态等提炼的化学物质。储罐的制造加工广泛分布在华北地区，根据材质不同大体上有：聚乙烯储罐、聚丙烯储罐、玻璃钢储罐、陶瓷储罐、橡胶储罐、不锈钢储罐等。就储罐的性价比来讲，现在以钢衬聚乙烯储罐最为优越，其具有优异的耐腐蚀性能、强度高、寿命长等[2]，外观可以制造成立式、卧式、运输、搅拌等多个品种。根据实际实验室情况选取合适大小的储罐。

2.4 支架的选取及确定

根据储罐总重大小选取经济、美观和实用的材料，符合所需要的强度。强度是零件抵抗整体断裂、塑性变形及表面失效的能力[3]，选用铝合金工作台连接强度高，拆装方便。支架单支结构基本尺寸示意图见图1，支架连接件实物图见图2。

2.5 各类工艺接管及其连接件、差压变送器和校验仪等选取

依据《化工自控设计技术规定》《自动化仪表设计手册》等国家行业标准，并结合现场教学的实用性和经济性，设计储罐的总高为950 mm，除去封头所占的250 mm 部分，正负取压口之间的距离为700 mm，根据式（1）计算，介质为水，产生的压力差值为Δ P =6.86 kPa，则据压力差确定差压变送器的选取范围为0～10 kPa, 精度0.1 级，输出信号4～20 mA，三组阀为差压变送器配套附件。差压变送校验仪的测量范围大小根据差压变送器测量范围选取。压力校验仪检测范围为-25～25 kPa，压力精度为± 0.1%～± 0.05%，在测试过程中校验仪为传感器或变送器提供24 V 回路电源，并测量它们的输出值。储罐安装位置确定好后，根据储罐的接口来选取各类工艺接管及其连接件。

2.6 整体设计图

整体设计如图3 所示。

图2 支架连接件实物图

图3 整体设计图

3 装置制作涉及材料明细

装置制作材料明细见表1。

表1 装置材料明细表

4 成品图

图4 成品图

4.1 安装方法

（1）滑动支架的搭建

现场切割长度分别为1680 mm、1689 mm、680 mm 的欧标铝合金型材（40*40）各 4 支，通过配套90° 铝角件搭建一个 1680× 680× 1689 长方体支架，4 个拐角处安装4 个3 寸万向轮脚轮；

（2）储罐的安装

储罐为三腿式支座以焊接方式连接在带孔的垫板上，由螺栓连接件分别固定在2 支680 mm 的支架上，安装尺寸依据现场拆装差压变送器方便为原则进行灵活移动；

（3）配电箱内置24V 电源稳压器，安装在差压变送器的上方，选择长方体支架的拐角处安装，通过90° 铝角件加紧固定；

（4）压力校验仪器放置平台的安装高度依据其与差压变送器的通讯方便为原则，平台高低可以通过90° 铝角件灵活调节支架位置；

（5）引压管通过焊接与储罐相连，引压管口与三组阀之间的引压管由螺纹连接。

4.2 用途

本测量系统是一种常用的在线液位检测、校验装置。可作为初学者对过程控制仪表的使用、校验和维护方法的训练，达到掌握过程控制仪表与装置的构成原理、使用、安装和调试、校验技术。

4.3 操作流程

（1）借助软管向储罐注入H总/2 的水量，观察磁翻板液位计与差压变送器对于同一检测对象显示值，显示液位值若有差别，分析缘由；

（2）借助压力校验仪对差压变送器进行在线校验；

（3）对校验结果进行处理，在允许误差范围之内继续使用，在允许误差之外及时调校至可以正常使用。

4.4 注意事项

（1）储罐、磁翻板液位计、引压管最低处均需要预留残液口；

（2）注意压力变送器安装时须轻拿轻放，防止碰撞，压力校验仪使用时注意平稳性。

4.5 系统的特点

（1）本系统整体设计实用性强，功能多，不仅可训练学习者安装、运行、维护、检修差压变送器，也可进行差压变送器的在线校验；

（2）本系统的美观性还需要进一步改进。

5 结 语

本设计研制的差压式物位测量系统是结合化工企业对化工仪表岗位操作人员的基本技能要求以及相关课程的实际教学研制的实验实训仪器。该装置不仅可以培养学习者从事化工企业仪表岗位技改、安装、运行、维护、检修及校验等的基本技能，也可以大大节约新员工培养成本，同时对相关领域的发展提供一定的参考。