李占發(fā) ，劉曉陽 ，楊健 ，肖東彩 *

（1.銀川能源學院，寧夏 銀川 750105；2.寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏石嘴山 753200）

近年來隨著全國能源化工類企業(yè)大量西部轉(zhuǎn)移，我區(qū)目前能源化工行業(yè)所占比例越來越高。隨著大量化工企業(yè)陸續(xù)在寧夏建廠，寧夏地區(qū)各類化工企業(yè)短缺化工設備、儀表維護的高技能型人才。

研制“教、學、訓”一體化功能的微型實驗實訓裝置迫在眉睫。實現(xiàn)與工程實踐的“零距離”接觸，培養(yǎng)學生從事化工企業(yè)儀表崗位技改、安裝、運行、維護、檢修及校驗等的基本技能，微型實驗實訓裝置能將企業(yè)常用檢測、控制單元“微型化”、“課堂化”，再現(xiàn)企業(yè)現(xiàn)場場景。將能適應過程裝備與控制工程專業(yè)、能源化學工程專業(yè)、化學工程與工藝等本科專業(yè)相關的實驗實訓教學。將使學生不出校門就掌握了實際生產(chǎn)所需掌握的一部分技能，完成一個高起點、高效率的實驗實訓環(huán)節(jié)。

1 差壓式物位測量系統(tǒng)的總體結構

差壓式物位變送器其主要由儲罐、智能差壓變送器、差壓變送器校驗儀、工業(yè)型材支架、各類工藝接管及其連接件、輪轂、截止閥、球閥、管材活接口、三組閥、電源箱、導線、生料帶、90 度彎頭、液位計、軟膠墊等附件組成。

2 差壓式物位測量系統(tǒng)的設計方案

2.1 設計原理

差壓式物位測量系統(tǒng)的根據(jù)[1]是

式中：

Δ P——液面靜壓力差，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：液柱或物料堆積（一般為液體）對某點產(chǎn)生壓力的原理進行工作；

（2）技術路線：依據(jù)差壓式物位測量原理（式1），設計差壓式物位變送器安裝、調(diào)試、維護、校驗一體化實訓裝置。

2.2 主要部件結構設計

（1）結合實際情況確定各部分幾何尺寸；

（2）考慮儲罐及各個附件的總重及選用；

（3）對支架及夾子的選材和強度確定。

2.3 儲罐的設計

儲罐用以存放酸堿、醇、氣體、液態(tài)等提煉的化學物質(zhì)。儲罐的制造加工廣泛分布在華北地區(qū)，根據(jù)材質(zhì)不同大體上有：聚乙烯儲罐、聚丙烯儲罐、玻璃鋼儲罐、陶瓷儲罐、橡膠儲罐、不銹鋼儲罐等。就儲罐的性價比來講，現(xiàn)在以鋼襯聚乙烯儲罐最為優(yōu)越，其具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、強度高、壽命長等[2]，外觀可以制造成立式、臥式、運輸、攪拌等多個品種。根據(jù)實際實驗室情況選取合適大小的儲罐。

2.4 支架的選取及確定

根據(jù)儲罐總重大小選取經(jīng)濟、美觀和實用的材料，符合所需要的強度。強度是零件抵抗整體斷裂、塑性變形及表面失效的能力[3]，選用鋁合金工作臺連接強度高，拆裝方便。支架單支結構基本尺寸示意圖見圖1，支架連接件實物圖見圖2。

2.5 各類工藝接管及其連接件、差壓變送器和校驗儀等選取

依據(jù)《化工自控設計技術規(guī)定》《自動化儀表設計手冊》等國家行業(yè)標準，并結合現(xiàn)場教學的實用性和經(jīng)濟性，設計儲罐的總高為950 mm，除去封頭所占的250 mm 部分，正負取壓口之間的距離為700 mm，根據(jù)式（1）計算，介質(zhì)為水，產(chǎn)生的壓力差值為Δ P =6.86 kPa，則據(jù)壓力差確定差壓變送器的選取范圍為0～10 kPa, 精度0.1 級，輸出信號4～20 mA，三組閥為差壓變送器配套附件。差壓變送校驗儀的測量范圍大小根據(jù)差壓變送器測量范圍選取。壓力校驗儀檢測范圍為-25～25 kPa，壓力精度為± 0.1%～± 0.05%，在測試過程中校驗儀為傳感器或變送器提供24 V 回路電源，并測量它們的輸出值。儲罐安裝位置確定好后，根據(jù)儲罐的接口來選取各類工藝接管及其連接件。

2.6 整體設計圖

整體設計如圖3 所示。

圖2 支架連接件實物圖

圖3 整體設計圖

3 裝置制作涉及材料明細

裝置制作材料明細見表1。

表1 裝置材料明細表

4 成品圖

圖4 成品圖

4.1 安裝方法

（1）滑動支架的搭建

現(xiàn)場切割長度分別為1680 mm、1689 mm、680 mm 的歐標鋁合金型材（40*40）各 4 支，通過配套90° 鋁角件搭建一個 1680× 680× 1689 長方體支架，4 個拐角處安裝4 個3 寸萬向輪腳輪；

（2）儲罐的安裝

儲罐為三腿式支座以焊接方式連接在帶孔的墊板上，由螺栓連接件分別固定在2 支680 mm 的支架上，安裝尺寸依據(jù)現(xiàn)場拆裝差壓變送器方便為原則進行靈活移動；

（3）配電箱內(nèi)置24V 電源穩(wěn)壓器，安裝在差壓變送器的上方，選擇長方體支架的拐角處安裝，通過90° 鋁角件加緊固定；

（4）壓力校驗儀器放置平臺的安裝高度依據(jù)其與差壓變送器的通訊方便為原則，平臺高低可以通過90° 鋁角件靈活調(diào)節(jié)支架位置；

（5）引壓管通過焊接與儲罐相連，引壓管口與三組閥之間的引壓管由螺紋連接。

4.2 用途

本測量系統(tǒng)是一種常用的在線液位檢測、校驗裝置。可作為初學者對過程控制儀表的使用、校驗和維護方法的訓練，達到掌握過程控制儀表與裝置的構成原理、使用、安裝和調(diào)試、校驗技術。

4.3 操作流程

（1）借助軟管向儲罐注入H總/2 的水量，觀察磁翻板液位計與差壓變送器對于同一檢測對象顯示值，顯示液位值若有差別，分析緣由；

（2）借助壓力校驗儀對差壓變送器進行在線校驗；

（3）對校驗結果進行處理，在允許誤差范圍之內(nèi)繼續(xù)使用，在允許誤差之外及時調(diào)校至可以正常使用。

4.4 注意事項

（1）儲罐、磁翻板液位計、引壓管最低處均需要預留殘液口；

（2）注意壓力變送器安裝時須輕拿輕放，防止碰撞，壓力校驗儀使用時注意平穩(wěn)性。

4.5 系統(tǒng)的特點

（1）本系統(tǒng)整體設計實用性強，功能多，不僅可訓練學習者安裝、運行、維護、檢修差壓變送器，也可進行差壓變送器的在線校驗；

（2）本系統(tǒng)的美觀性還需要進一步改進。

5 結 語

本設計研制的差壓式物位測量系統(tǒng)是結合化工企業(yè)對化工儀表崗位操作人員的基本技能要求以及相關課程的實際教學研制的實驗實訓儀器。該裝置不僅可以培養(yǎng)學習者從事化工企業(yè)儀表崗位技改、安裝、運行、維護、檢修及校驗等的基本技能，也可以大大節(jié)約新員工培養(yǎng)成本，同時對相關領域的發(fā)展提供一定的參考。