液位浮球阀的改造与应用

陈清兵 李超平 冷 文

（中海福建天然气有限责任公司，福建 莆田 351100）

0 引言

福建LNG 接收站自2008 年5 月试运行以来，为3个燃气电厂、5个城市工业、商业和居民提供了洁净燃料，公用工程为接收站的运行提供了稳定的水、气等辅助动力。然而，由于使用频率相对较高，公用工程生活水罐设计的自力式浮球阀在较高的动作频率下故障率较高，生活水罐经常处于无控制状态，自来水从生活水罐顶部溢出，造成了极大浪费，为此，迫切需要寻找一个合适的方法来改变之前的液位控制方式。

1 改造方法

生活水罐与生产水罐设计有液位计对其液位进行实时监控，并传入中控DCS 界面上，其量程范围都为0～100%。每个液位计都设计有不同的报警值，包括低报警值、高报警值，可以根据报警值的范围对液位控制点进行设置。液位控制时序图见图1，红色线为实际的液位变化线，当达到高液位预期高液位时，电磁阀动作关闭，达到预期低液位时，电磁阀动作开启。

1.1 控制特性变更

图1 液位控制时序图

将罐内水位的控制由原来的浮球阀、连杆、及针型阀等控制构件改为防爆电子压力开关自动控制。其特点是控制简单，通过压力传感器测量液位较稳定，受液位波动影响小，运行可靠。同时增加手／自动切换控制，可以手动对生活水罐加水。

1.2 控制原理

可以选用电子式压力开关，为工业用户提供压力开关报警和模拟信号输出，具有现场可编辑和自检测功能。使用电源为24 V 直流电，开关触点负载为40 mA，可连接中间继电器，传感器为316不锈钢材质，焊接式膜片，1／2 in NPT 内螺纹过程接口，全量程调节死区和设定点。压力开关死区功能图见图2。

从图2可以看出：当液位达到设定点SP1时，此电子压力开关动作，其触点由常闭变为常开状态，停止进水；当液位下降时，在死区的作用下，其触电开关保持常开的状态；当达到死区DB1 设定点时，电子压力开关触点从开启状态变为常闭状态，此时控制阀门打开，向水罐内补水。

图2 压力开关死区功能（上升沿开）图

利用电子压力开关全量程可调节死区的功能，将高报警液位设定为电子开关的报警设定点SP1，将进水液位设定为死区设定点DB1，设计出图3的电路原理图。

图3 电磁阀控制接线图

从图3 可以看出，在虚线右侧为电路控制部分，主要控制中间继电器触点的开启与关闭来控制LDY电磁阀的动作，进而控制LCV 进水球阀的动作，以达到控制水位的作用，同时此图还带有手动方式与自动方式控制水位，以满足不同条件下的使用需求。

1.3 液位控制点设定

生活水罐液位测量有两个液位计，其中12-LIT-0022作为ESD功能，不作为控制作用，所以液位控制由12-LIT-0021 控制，其DCS 量程为0～100%，工程量程为0～25.7 kPa，DCS 低报值38.4%。可设定进水液位为40%，高报警液位为90%。

同理，生产水罐液位测量也有两个液位计，其中12-LIT-0002 作为ESD 功能，不作为控制作用，所以液位控制由12-LIT-0001 控制，其DCS 量程为0～100%，工程量程为0～112 kPa，DCS 低报值7.1%。由于考虑到的是消防水罐，相对重要，可设定进水液位为50%，高报警值为95%，具体的液位计数值与电子压力开关设定值可参看表1。

表1 各参数整定表

据工艺统计，用水高峰期时生活水罐出口最大流量达30 m3／h，水罐罐容仅19.8 m3，将进水液位设定为40%，可保证工艺人员有15 min 缓冲时间去现场对进水闸板阀进行调节操作。同时设定高报警液位为90%，与进水液位间隔区间大，杜绝了因液位波动导致阀门频繁动作的不良因素。

生产水罐主要用于生产用水、每月现场卫生的清理用水与在紧急情况下消防用水，其用水量不大，动作的频率相对小些，但是作为消防的一部分，必须保证有足够高的液位，所以可以设定其低控制液位为70%，高液位控制为95%。

2 现场应用

现场水罐布置俯视，如图4所示，图中黑色连线部分是从仪表空气分配源引入的仪表空气动力源，红色线部分是供电磁阀动作的动力线，需要达到的设计为低液位时开启电磁阀使进水阀关闭，达到设计高液位时，关闭电磁阀使进水阀关闭。

2.1 电源引入

改造所需的220V供电电源可从仪表空气压缩机厂房暖通（HVAC）控制机柜中引入。

2.2 阀门动力源引入

阀门动力源是仪表空气，遵循就近原则，可从工厂空气储气罐旁的仪表空气分配源来取压，具体位置可以参考图3，图中所示的“△”为具体取压点。图5为仪表空气取压源结构图，图片来源于文件“DD-DWG-TS-IN-7149-04”，图中已经标识了取压口，黑点为取压口。

图4 技改现场俯视图

图5 阀门动力源的取压点图

2.3 管道法兰及阀门移位

2.3.1 管道法兰

原管道及法兰部分不作改变，新增法兰部分按原管道法兰标准制造（ASNI B16.5 150Lb），对原有引压平衡管处以盲法兰封堵。

2.3.2 阀门移位

浮球阀安装在进水管道高处，不利于检修维护。可将新球阀安装在进水管道低处（闸阀后），另需增加带法兰的活接头与进水闸阀连接，安装简图见图6。

图6 阀门移位安装简图

2.4 实现的功能与改造目标

达到了两个水罐液位的控制的目标，即在水位降到一定液位时，可以对水罐进行补水，此时进水阀门打开，当水位达到预期液位时，进水阀要关闭，当液位再次下降到设定液位时又需要进行补水。通过反复进行，使得阀门动作的频率相对较低，从而避免了由于阀门频繁动作而损坏的现象，节约了成本。

3 结论

通常生活水罐与生产水罐液位的控制方式都是以浮球阀作为主要的控制器件，但从长期稳定的运行模式角度来看，出现的故障率相对较高，而且浮球阀安装在水罐的最高位置，一旦出现故障，高空作业存在一定的风险，检修的难度较大。

笔者根据浮球阀自身的特性对其进行了改进，使用区间控制的方式使阀门能更长效的使用。另外，根据从现场检修的角度考虑，将阀门安装位置也进行了改造，更符合现场检修需求，改造后的液位控制方式更贴切生产需求，而且避免了生活水罐由于阀门的故障而造成清洁水的浪费，节省了费用。