CN101324460B

CN101324460B - 一种超低温液位计

Info

Publication number: CN101324460B
Application number: CN 200810117833
Authority: CN
Inventors: 许鸿禧; 张劲松; 周朝刚; 吴剑波
Original assignee: Zhonghao Chenguang Research Institute of Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Zhonghao Chenguang Research Institute of Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2028-08-05
Also published as: CN101324460A

Abstract

本发明涉及一种低温磁转柱液位计。本发明利用真空绝热原理，在常规磁转柱液位计的测量管6外增加了一个外管5，外管5和测量管6的外壁形成真空层15，其中填充导热系数小、密度小、无易挥发杂质、不可燃的非磁性细小粉末或纤维，然后抽真空，外管5外侧固定液位显示机构9；将液位显示机构9抽真空或将其中的空气置换成干燥的气体，从而全面解决磁转柱液位计用于低温液位测量时的结冰凝露问题，扩大磁转柱液位计的使用范围。该低温磁转柱液位计可广泛用于石油、化工、医药、制冷等各行业中塔、槽、罐、反应釜等容器内低温液体液位的测量，尤其是0～-196℃范围内物性液体在容器内液位的测量。

Description

一种超低温液位计

技术领域

本发明涉及一种液位计，特别是涉及一种测试超低温液体液位的液位计。

背景技术

在石油、化工、医药、制冷等行业中各种塔、槽、罐、反应釜等容器内低温液体液位的测量，尤其是介质工作温度0～-196℃范围内物性液体在容器内液位的测量，较之常温液体的液位测量有其特殊的困难。

常见的液位计如浮球液位计和玻璃板式液位计其传热大、装拆困难、结霜、低温脆裂、静电积聚等原因，不适用于低温液体的液位测量；而法兰式薄膜压力传感器的应用又受到传感介质硅油的低温性能不理想的限制。目前使用较多的差压式液位计，也由于其高压腔与贮槽内最低液位点直接相通，当测量低温液体液位时，低温液体流出绝热贮槽进入暴露于大气中的液相引导管和仪表后，吸收热量气化，使管内发生气液共存现象，难以准确读数，而且这种气液共存不稳定，微小的诱因即可导致管内液面的大幅度震荡，因此不适用于低温液体的液位测量。

磁转柱液位计由于其灵敏度高、测量准确、指示醒目、直观、安全可靠等优点广泛应用于各行业，常用于低温液体的液位测量，但经常由于测量管内的低温液体的影响，液位计的液位显示器内的空气中的水分冷凝成露，阻碍磁转柱自由转动，影响显示；液位计外部空气遇冷凝露甚至结冰，使操作者不能准确读数，而且当冰块大量存在时，无法读取数据，形成安全隐患。

有研究提出，利用真空绝热原理，在测量管外增加一真空层来解决上述问题，但该真空层的真空度要求较高，因此对液位计的密封提出了较高的要求，而且为达到更好的效果，通常进行表面抛光降低表面分子吸附率或采用光洁度高的玻璃等材料。即使这样，仍然不能解决液位显示器内的空气中水分凝露，导致的磁转柱不灵敏的问题。

为解决上述问题，本发明人开发了一种适用于低温液位测量且易于制作的磁转柱液位计，以解决生产中急需解决的低温液位测量这一个技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于低温液位测量的磁转柱液位计。

显然，磁转柱液位计的凝露和结冰问题是由于低温液体和外界的热交换引起的。众所周知，热传递的途径有三种：传导，对流和辐射，其中对流和传导是引起液位计低温测量问题的主要原因。由于测量液位时，液位计必须与低温液体连接，因此必须隔断液位计和外界环境的传导途径，并减小对流和辐射传热，解决低温液位测量的问题。

如前所述，有人将真空绝热理论应用到磁转柱液位计，在测量管和外界环境之间增加一个抽成真空的夹套层，以降低对流传热和阻断传导途径。这时若不考虑液位计的支撑及颈管的导热，热量主要是以辐射和剩余气体导热的方式进行传递，研究发现，当真空绝热结构的真空夹套的器壁间距为1cm左右(考虑到磁转柱液位计的磁场强度，间距不宜过大)，真空夹层中气体压力必须维持在1.33×10^-3Pa以下，才能有效降低气体导热，显然该真空度对液位计的密封提出了较高的要求；而且由于能量交换与温度和表面状况有关，表面吸附气体的存在对能量交换有很大影响，因此，在制造容器时，有必要在内外壳体真空面的表面抛光以利于表面被吸附气体的抽离和得到低的表面能量交换系数。

本发明人通过长期实践，将该真空层中的真空度降低为不大于1.33Pa，将外管(作为真空层的外壁)固定在测量筒外侧(测量筒外壁作为真空层的内壁)，并在外管和测量筒之间，即真空层中填充导热系数小(不大于0.002W/m²/K)、密度小(150～200Kg/m³)、无易挥发杂质、不可燃的非磁性细小粉末材料(粒度在50～100μm之间)或纤维材料来达到降低对流和辐射传热，以及阻断传导途径的目的，从而降低低温液体和外界环境的热交换。

另外，将液位显示机构中的空气抽出，保持真空或充入干燥气体，以防止液位显示机构中空气中的水分在低温下凝结，妨碍磁转柱运动，从而全面解决磁转柱液位计用于低温液体测量时出现的技术问题。

由于该真空绝热层有一定的真空度，气体分子数量较少，在一定程度上降低了气体的对流，阻断了热传导途径；在外管和测量筒之间填充导热系数小的细小粉末(或纤维)材料，气体分子的平均自由程较短，气体对流将热量传递到固体粉末(或纤维)，粉末的固体热阻较大，粉末间又是点接触，有效降低了气体分子传递的热量，也在一定程度上阻断了低温液体与环境之间的传导途径，虽然粉末的接触增加了固体传导传递的热量，但增加的固体传导热流值很小，因而，在外管和测量筒之间填充细小粉末(或纤维)，不需要抽高真空就有效截断了低温液体与外界环境间的传导途径，降低了气体传递的热量。同时，粉末可以是(或含有)光洁度高和/或反射率高，能够有效降低辐射传递热量的粉末材料A，增加对热辐射的反射和散射作用，降低辐射传热。另外，由于真空层中的气体分子数量较多，对夹套真空面的光洁度要求相应降低，因此可选择各种常见材料制作真空夹套外管，也可不需要精密抛光夹套的真空面。

所述外管的材料可以是常见的铜、铝、不锈钢等金属或玻璃等非金属材料，也可以是树脂、塑料等有机材料，优选金属材料，如铝、铜、碳钢、合金钢、不锈钢等，为方便起见和处于对成本的考虑，可选用工业上常用的碳钢、低合金钢或不锈钢的钢管。

考虑到辐射换热量和参与热交换物体大小，物体的相互位置有关，也和参与热交换的物体表面的黑度有关。为达到更好的效果，在本发明中，也可采用黑度值不大于0.08(温度为300K时)的18-8不锈钢、铜、铝等材料，来制作真空套管。

真空层中添加的粉末材料可以是岩棉、膨胀珍珠岩、气凝胶、硅酸盐、氧化铝或氧化镁等常用保温材料中的一种或多种，但不选择有磁性的粉末；光洁度和/或反射率高的粉末材料A可以选用亮度高的铜粉、不锈钢粉末，也可以选用氧化镁、氧化钛粉末，但不选择有磁性的粉末。特别的，可选用导热系数小，而且反射率高的轻质氧化镁粉末作为填充粉末。

另外，为进一步降低传导热，在测量系统和外管间增加一个绝热垫，进一步阻断热传导。

由此，本发明提供一种适于测量低温液体液位的液位计。

将常见的金属材料制成真空绝热夹套的外管，外管与测量筒外壁构成真空夹套，外管与测量筒外壁的间距不小于1cm，内部真空度不大于1.33Pa，将外管固定在测量筒外侧，并在外管和测量筒之间填充导热系数小、反射率高的细小粉末材料，或导热系数小的粉末和反射率高的粉末材料A的混合物；将所述液位计外管固定在磁转柱液位计的测量管外侧，液位显示机构固定在外管的外侧，外管与液位显示机构之间加入绝热垫；另外，为防止液位显示机构中空气中的水分在低温下凝结，妨碍观测，将液位显示机构中的空气抽出，保持真空或充入干燥气体，如氮气或惰性气体。

本发明全面解决了现有磁转柱液位计测量低温液体出现的凝露结冰等问题，提高了液位计的适用范围。

本发明涉及的低温磁转柱液位计可广泛用于石油、化工、医药、制冷等行业各种塔、槽、罐、反应釜等容器内液位的测量，尤其适用于石油、化工、医药、制冷等行业介质工作温度0～-196℃范围内物性液体在容器内液位的测量。

附图说明

图1低温磁转柱液位计的轴向剖面图

图2低温磁转柱液位计的横向剖面图

图中：1、导向管；2、浮球；3、连杆；4、磁性浮子；5、外管；6、测量筒；7、排空堵头；8、防振弹簧；9、液位显示机构；10、有机玻璃显示屏；11、磁转柱；12、抽真空堵头；13、绝热垫；14、紧箍件；15、含有粉末的真空层。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

将4mm的18-8不锈钢加工成外管5，预留抽真空堵头12，将上端固定在测量筒6上，下端固定在测量筒6下端法兰上，采用氩弧焊焊接，保持壁间距为1.0cm，并在外管5和测量筒6之间加入膨胀珍珠岩粉末和少量光亮铜粉的混合粉末，然后将外管5和测量筒6之间抽成真空，构成真空层15，真空度小于1.33Pa，密封抽真空堵头12。

磁转柱液位显示机构9内先抽真空后采用干燥的氮气填充，以免空气中的水分在低温下结冰或结露，影响其观察效果。

连同常见磁转柱液位计的其它部分，按常规方法装配低温型磁转柱液位计，制得的低温型磁转柱液位计的结构图见图1和2，包括1、导向管；2、浮球；3、连杆；4、磁性浮子；5、外管；6、测量筒；7、排空堵头；8、防振弹簧；9、液位显示装置；10、有机玻璃显示屏；11、磁转柱；12、抽真空堵头；13、绝热垫；14、紧箍件和15、含有粉末的真空层。

磁性浮子4内固定耐低温强磁性材料，处于测量筒6内；外管5固定在测量筒6外侧，利用紧箍件14将带磁性的转柱液位显示机构9紧贴绝热垫13在外管5外壁固定；浮子4在测量管6内运动，浮子磁场和转柱磁场共同作用实现液位显示机构转柱变换。

改造后的磁转柱液位计达到技术指标为：

1.在-70℃工况下能准确长期、正常显示液位，其显示误差为±10mm。

2.测量低温液体的液位过程中测量和显示部分不结冰或结露、无低温脆裂等现象。

另外，为防止长时间使用可能出现的问题，定期进行抽真空和置换处理：

1.由于金属材料存在微孔隙以及抽空口密封可靠性等因素影响，在液位计工作一段时间后夹套内真空度会变低，大大影响夹套的绝热效果，可定期进行抽真空处理。

2.由于显示机构密封的不可靠性，长期工作后，空气会进入其中，带入部分水分，在低温下会结冰或结露，影响液位正确显示。可以再用干燥气体进行置换，以恢复正常运行。

Claims

1.一种低温磁转柱液位计，还包括：

1)固定在测量筒(6)外侧的真空夹套(5)；

2)真空夹套(5)与测量筒(6)之间的填充非磁性粉末或纤维的真空层(15)；

3)经过抽真空处理并密封的液位显示机构(9)，所述液位显示机构(9)固定在真空夹套(5)外侧；

其中，所述真空夹套(5)与测量筒(6)外侧的间距为不小于1cm；所述真空层(15)的真空度不大于1.33Pa；

所述非磁性粉末或纤维中还含有能降低辐射传热、光洁度和/或反射率高的粉末A；所述粉末A是铜粉、不锈钢、氧化镁或氧化钛粉末，其粒度在50～100μm之间。

2.如权利要求1所述的液位计，其特征在于所述真空夹套(5)是碳钢管、低合金钢管、不锈钢、铜或铝。

3.如权利要求2所述的液位计，其特征在于所述真空夹套(5)的材质是黑度值不大于0.08的18-8不锈钢、铜、铝。

4.如权利要求1所述的液位计，其特征在于所述真空层(15)中填充的所述非磁性粉末或纤维是导热系数小、密度小、无易挥发杂质、不可燃的非磁性粉末或纤维，其中所述导热系数不大于0.002W/(m²·K)，密度为150～200Kg/m³、粉末粒度为50～100μm。

5.如权利要求4所述的液位计，其特征在于所述非磁性粉末或纤维是岩棉、膨胀珍珠岩、气凝胶、硅酸盐、氧化铝或氧化镁中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的液位计，其特征在于液位显示机构(9)抽真空后可充入干燥气体并保持微正压，再密封。