浮球液位计构造及故障排除

前言

　　化工生产设备复杂种类繁多，塔器是其中应用最广泛一类加工装置。塔器即是生产加工的场所又是物料进出的储存容器，因此塔器内的物料液位需要进行检测。受生产工艺的不同，塔器差距很大高的多达几十米小的却在一米以内，塔器内部通常通过塔盘和填料构造多个不同的空间，用来进行物料间的不同分割加工及储存，因此一个塔器常常需要安装多个液位检测仪表，液位仪表运行的好坏直接关系着生产的运行甚至塔器的安全。

塔器液位仪表的选用

　　塔器设备的构造特点决定了液位检测仪表只能采用器壁侧装的方法进行安装，通常有两种安装方案，带有旁通管的外部安装和直接器壁安装。

　　旁通管的安装方法需要在塔器侧壁上下测量空间范围内开启两个测量孔，通过切断手阀与后续的仪表进行连接。这种方法可供选用的仪表较多，可安装浮筒、浮子、双法兰、雷达等多种液位计。这些安装在塔器外部空间的仪表，由于被测物料在测量筒中基本处于静止状态，缺少塔器内部的热量补充，如果被测物料是黏稠的易凝物质或物料中含水，那么在外部气温较低（如冬季）时，测量筒内的物质就会出现凝冻现象，造成液位计失灵甚至损坏，因此这些侧装的带有旁通管的液位计需要进行保温伴热措施。对于独立的高达几十米的塔器设备来说，对塔器上的仪表引进单独的伴热线是一个难题和能源消耗较大的措施，且一旦液位仪表因为伴热措施效果不好发生冻结，在高耸的塔器上进行处理恢复难度很大，因此工业塔器液位检测中尽可能的不使用需要伴热措施的旁通管液位仪表。

常减压炼油工艺中减压塔液位检测用的浮球液位计，如图所示：

　　器壁直接安装方法是在器壁上开启一个测量孔，仪表直接安装在器壁连接法兰上，测量部件直接伸入到塔器内部，这样就不用担心被测物料伴热的问题，节省了大量的工程施工及能源消耗，但这些仪表正常运行时不能从塔器中拆卸维修，因此要求仪表本身的质量安全可靠使用寿命长。这种直接安装到塔器内的液位仪表以浮球液位计使用最为广泛。

浮球液位计的测量原理

　　浮球液位计是一种恒浮力式液位计，其基于阿基米德原理制造而成，核心部件是一个中空的金属球。运行中金属球始终漂浮在被测液体的液面之上，金属球高度即是液体的高度。通过一些机械构造把金属球的位置高度延伸到塔器外部，在使用仪表检测设备把机械的物理量的变化转换为能够远传的电信号，实现了浮球高度的检测即被测液位的高度。

浮球液位计的构造

　　浮球液位计根据构造大体分为检测、转换、配重平衡、轴连接器和变送五部分，除了变送部分外其余的均为机械部件，因此浮球液位计从外表上看是一个笨重的机械式仪表。

检测部分

检测部分主要由浮球、浮球连接杆和摆臂（宽量程浮球）构成。

浮球是液位计的核心部件，实现被测液位物理量的转换，浮球末端通过螺纹与浮球杆连接，实现浮球高度物理量的传递。

浮球杆是一个金属实心杆，其与浮球末端是硬性连接，因此要实现一定高度的液位检测，浮球杆必须足够长，而浮球杆的长度受塔器内部直径的限制，在大直径的塔器高液位检测中浮球杆的高度也要足够长。

浮球检测部分的主要构造如图所示：

　　摆臂是浮球液位计制造厂为应对窄塔径高液位检测状况下而研发的一种宽量程液位计，使用这种液位计实现了大角度的液位检测，可以大幅度缩短浮球杆的长度，因此能够适应窄直径的塔器液位宽量程液位检测。

　　由于浮球液位计的检测部分直接伸入到塔器设备内部，设备运转时不能拆卸维修，因此浮球液位计的检测部分都使用了耐腐蚀、耐高温、耐压力的高强度金属部件，以此来提高仪表设备的运行周期。　　

转换部分

　　转换部分主要目的是把塔器内部浮球高度的变化传递到塔器外部空间。实现的手段是通过机械的力矩转换，把浮球杆的高度位移转换为定轴的转动角位移，把大幅度的空间位移量转换为小空间的轴转角变化，并把这个轴角位移传递到塔器的外部空间。转换部分主要安装在浮球液位计的外部空间，通过轴与浮球表体内腔空间填充石墨填料的方法实现轴的密封，实现内部危险空间的物理量传递到外部安全空间。这一部分主要有转轴、密封、散热片、安装法兰和仪表外体组成。

转换部分主要在塔器设备的外部，构造如图所示：

　　转换部分的转轴、密封、安装法兰也长期与被测物料接触，虽然冲刷的力度小，但介质的腐蚀性仍然很强，加上介质的高温高压性，同样使用了耐腐蚀高温高压的高强度金属部件。

配重平衡部分

　　这部分是为保证浮球液位计内部浮球始终漂浮在液面上而使用的一个力矩平衡机构，同时实现轴位移检测变送器的安装接口。力矩平衡部分的核心是平衡锤机构，通过杠杆原理实现浮球液位计在塔器内部的金属部件重力与浮球浮力相平衡。配重杆通过板牙连接到浮球转换部分的机械转轴上，配重杆上配备两个浮球配重（俗称砣），通过调整配重在配重杆的位置来实现配重与检测部分的力矩平衡，从而确保浮球漂浮在液面以上。

轴连接器

　　轴连接器是浮球转轴与变送器连接的接口部件，通过这个部件可实现浮球的转轴与变送器检测部件的连接。其外表腔上钻有四个小孔，通过螺丝实现浮球转轴与连接器的紧固连接。连接器的另一端是一个表面开有两个小孔的金属平面，通过连接孔与变送器的连接端连接，从而实现变送器与浮球液位计的可靠连接。

配重、轴连接器部分如图所示：

浮球变送器

　　浮球变送器是一个把浮球的轴角变化转换为一个与之对应的直流毫安信号输出的电子仪表，其核心是一个圆柱型滑线变阻器，浮球轴的角转动引起滑线变阻器阻值变化，经过电路处理实现与之对应的标准电流输出。

电子指针式与智能数值式变送器的区别如图所示：

　　浮球变送器一般分为普通电子式和智能变送器两大类。普通电子式结构简单，内部主要以模拟电子电路为主，并设有零点、满度调整旋钮式电阻器，以此来实现浮球液位计的零点和满度校准，普通电子式变送器的面板显示普遍为指针式。智能式浮球变送器是一种集成度较高的数字式变送器，其使用液晶面板，调零、满度使用内部组态的方式来进行，可以把转轴的角位移转换为多个参数显示功能较多。

浮球液位计运行维护

　　浮球液位计日常维护主要是浮球液位计外部设备的维护。对浮球液位计的构造分析可知，浮球液位计外部器件构造较复杂，牵扯到各部分的配合连接较多，日常巡检维护要认真检查确认，其主要的维护工作有以下几点：

一、检查浮球液位计的密封

　　浮球液位计的密封普遍采用石墨密封填料，在长期运行和高温熏烤下石墨填料会老化，弹性变差，与浮球转轴的缝隙加大，会造成介质从密封处渗漏，如果处理不及时有可能发生事故。石墨填料长时间运行后其弹性变弱刚性变强，引起与浮球转轴间的摩擦力变大，使浮球转轴卡涩灵敏度变差，造成浮球液位计的误差加大。

浮球盘根处密封泄漏与密封卡涩现象如图所示：

　　日常巡检要认真检测石墨填料的性能，对于密封盘根处出现介质渗漏的现象要及时处理。普遍采用的方法是紧固石墨密封外面的压盖螺丝，加大石墨填料的膨胀度来减少与转轴间的空隙，以此实现堵漏密封目的。对于密封填料老化而造成的摩擦力加大的情况，可使用在密封填料处加注润滑油脂的方法来减少石墨填料与转轴间的摩擦力，以提高浮球液位计的灵敏度。

二、检查轴连接器的紧固效果

　　受现场塔器设备的振动影响或安装初期紧固螺丝没有拧紧，日常运行中浮球液位计常常出现轴连接器与浮球转轴脱离的现象，造成浮球转轴的转动无法带动变送器的检测部件，致使浮球液位计失灵，日常维护要仔细检查四个紧固螺丝是否牢固，发现松动应及时紧固处理。

三、检查配重是否合适

　　浮球液位计的配重调整全靠仪表人员的手感进行，不同的人的手感不同调整的力度也不同，很多时候浮球配重的调整并不合适，常常造成浮球配重过大或过小，而致使浮球脱离被测液位或沉没于被测液位中，所以配重杆内配重的调整要小心谨慎，发现配重的位置不合适，可适度调整。

四、检查浮球变送器

　　浮球变送器与浮球转轴的连接是通过连接器实现的，在浮球变送器内部的滑线变阻器也有轴承，因此安装时一定要保证同心度，防止轴承不对称造成变送器轴承受力不均，使浮球变送器的轴承损坏。检查浮球变送器接线盒的密封以防进水，检查接线是否牢固，零点、满度是否准确。

故障处理

　　浮球液位计正常使用中会出现一些故障，这些故障可大体分为两部分，内部故障和外部故障。故障位置需要仪表维修人员现场确认，内部故障即塔器内部浮球检测部分的故障，这类故障需要装置停车才能维修。外部故障即塔器外部的故障，由于浮球液位计塔器外部构造较多，因此发生故障的原因也较多，需要现场仔细的检测判断。浮球液位计现场故障排查，要借助液位计本身的一个附件——配重。这是浮球液位计维修调试时最方便的方法，也是其他液位仪表所不具备的优点。

判断及处理

　　现场处理浮球液位计故障时，首先要分析判断故障原因，最常见简便的方法就是通过人为模拟液位的零点、满度来查看变送器的变化。具体操作方法是人工按压浮球液位计的配重杆。

　　人工按下配重杆在最底部后，浮球液位计的浮球在被测塔器液位的最高位置，此时变送器显示应是满度100%输出为20mA。如果不是则需调整变送器的满度旋钮或按键，使其输出满足要求。同样方法把浮球配重杆举起到最高处时，变送器为最小0%输出4mA，可调整零点旋钮实现。

　　如果在浮球杆举起压下的过程中，变送器的输出始终保持不变，则要检查后连接器安装固定情况。如果浮球杆抬起压下复原后，液位计指示数值与之前数值差距较大，则说明浮球轴承石墨填料的摩擦力大，需加注润滑油脂或轻微调整浮球配重杆上的配重来抵消密封石墨填料的摩擦力。

　　如果在浮球配重杆抬起压下的过程中，浮球变送器的显示数值始终保持不变或只有轻微的小幅度变化，则说明浮球的轴连接器松动，引起变送器与浮球转轴的转动不同步或没有联系，需要重新紧固连接器上的螺丝。

　　抬压浮球配重杆过程中，如果各部分运行良好，变送器的变化与实际不符，则证明变送器出现问题。如轴承损坏，电路板出现故障等，则需拆卸维修。

　　如果在配重杆抬起压下过程中，感觉非常轻松没有任何阻力，或者配重杆在压下过程中非常吃力，则有可能浮球液位计内部浮球出现问题，没有任何阻力可能浮球脱落，压下过程非常吃力可能浮球穿孔介质进入浮球内部。

大修检查

　　浮球液位计正常运行中不能进行拆卸维修，因此要求运转中的浮球液位计要安全可靠。设备大修时一定要每逐一拆卸查看，做到尽可能的早发现隐患早消除确保正常运行不出现问题。

浮球大修检测的主要事项如图所示：

　　浮球液位计是一个较笨重的仪表设备，在拆卸之前要先把变送器从浮球液位计上拆下防止损坏。拆卸完的浮球液位计内部各部分构造要认真检查，查看各部分的腐蚀情况，检查各部分的连接，检查各部分的完好程度，检查浮球杆是否弯曲，特别检查浮球表面的腐蚀状况。对于出现问题的器件要坚决换掉，防止正常运行时出现故障使浮球液位计失灵。

总结

　　浮球液位计是一个纯机械的液位检测仪表，由于其测量部分直接安装在设备的塔器内部，始终处于被测介质的腐蚀冲刷中，内部器件环境恶劣，因此需确保浮球液位计测量部分质量可靠，在大修过程中要拆卸认真检查。日常的维修维护主要在塔器外部的液位计部分，良好的维护可以延长浮球液位计的使用寿命减少故障的发生。

作者：焦安鹏

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