一、本文概述

　　　在石油化工企業的過程中，安全性是重要的考量因素，無論是工藝還是設備都*先要從安全性*先出發，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磁翻板液位計，這種磁翻板液位計是利用阿基米德定律、牛頓*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，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。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。可以大大降低安全隱患，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、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*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)磁鋼的性質:同名極相斥、異名極相吸的性質。2.3磁翻板液位計的設計與構思

　　磁翻板液位計由不銹鋼浮子、導向鋼絲、滑輪、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]

 

玻璃管液位計

　　根據牛頓*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，從而計算出磁鋼的重量。浮子重量設置為SOOg，高度為4cm，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*三定律和阿基米德定律，即可計算出磁鋼的重量。

　　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，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，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，當磁鋼運動時，磁性翻板隨磁鋼的運動翻轉，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**計量，磁鋼重量的設置可以忽略滑輪摩擦力的影響，如果**測量，可以測量滑輪的摩擦力修正磁鋼重量。

 

　　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

磁翻板液位與玻璃管液位計比較

　　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

 

磁翻板液位與玻璃管液位計比較

 

　　經對比分析，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、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*高，性價比*高，具有很好的應用前景。