自2005年投用以來，減頂真空泵液位控制系統存在控制偏差大、設備故障多、控制失靈現象頻生等問題，無法滿足工藝要求，經常需要人為調整控制液位位置，已嚴重影響裝置的平穩運行。

 

       2011年8月大檢修時，針對分離器液位控制系統的液位測量不準、電磁閥膜片腐蝕、液位開關控制失靈等問題，開展了系統的升級改造，經過近5年的現場運行表明：液位控制得到有效優化，降低了系統故障率，提高了自控水平，確保了生產裝置的長周期平穩運行。

 

1  液位控制系統工藝現狀及其問題

       水環式真空泵機組由水環式真空泵、氣液分離器、冷卻器及內部連接管道組成（圖1），為閉式循環機組。減頂氣、工作水經真空泵輸送至氣液分離器，分離后的氣體自分離器頂排出，水在壓差作用下經冷卻后重新進入真空泵，工作水可實現自動循環。

       水環式真空泵啟動前必須灌注工作液，若未灌注工作液，泵不具備抽真空能力（但不會造成機械損壞）；過多的工作液會增加起動負荷，以至于負荷過重，不能正常起動；工作液不足會導致抽真空能力下降。 減頂氣通常含有蒸汽，可能有凝結水析出而使分離器液位上升，導致真空泵電動機功率增加。

 

1.1  液位控制系統現狀

       真空泵液位控制系統由磁浮子翻板液位計、液位限位開關和電磁閥組成。通過捆扎安裝于磁翻板液位計筒體上的3個接近開關分別檢測液位的低位、正常位和高位，以控制補水線上和排水線上的電磁閥動作，確保分離器液位始終維持在正常位置附近（圖2）。

       當液位在①位置時，低點液位開關動作（觸點由閉合變為斷開），入口電磁閥通電開啟，開始補水；液位在①～②之間時，低點液位開關觸點閉合，入口電磁閥仍通電開啟；液位升至②位置時，正常液位開關動作（觸點由斷開變為閉合），入口電磁閥斷電關閉，停止補水；液位在②～③之間時，正常液位開關觸點斷開；液位升至③位置時，高限液位開關動作（觸點由斷開變為閉合），出口電磁閥通電開啟，開始排水；液位降至③～②之間時，高限液位開關觸點斷開，出口電磁閥仍通電開啟；液位降至②位置時，正常液位開關動作（觸點由斷開變為閉合），出口電磁閥斷電關閉，停止排水；液位在②～①之間時，正常液位開關觸點斷開；液位低至①位置時，低點液位開關動作（觸點由閉合變為斷開），入口電磁閥通電開啟，開始補水。整個控制過程不斷往復循環，以確保液位始終在正常位置。

 

       以P1028A液位控制為例，介紹補、排水過程中相關儀表的工作狀態（表1）。液位在①～②、②～③和③～②時，接近開關的狀態一致，無遠傳指示時，可能存在液位誤判的情況，在正常位接近開關（220N）檢測異常的情況下，更會使得入口電磁閥（221）或出口電磁閥（222）始終在開戶狀態，導致液位控制失控，影響真空泵抽真空效果。

1.2  液位控制系統存在問題

       2005年，真空泵氣液分離器液位控制儀表開始投入運行，并按照廠方提供的控制方案進行液位控制。經過多年現場運行使用，液位控制系統暴露出控制偏差大、設備故障多、控制失靈現象頻生等問題，嚴重影響減壓裝置的長周期運行，尤其在減壓裝置加工負荷較大時，液位控制不穩定造成真空泵跳停或排氣溫度過高，進而導致減壓裝置工藝控制波動較大。

 

1.2.1 磁翻板液位計

       磁翻板液位計為現場就地顯示儀表，液位數據（范圍值而非確定值）需要操作人員現場確認，而控制室DCS畫面上無實際液位顯示，致使內操人員無法準確掌握現場實際液位。

 

1.2.2 液位開關

       液位檢測點有3個磁感應液位開關，用箍圈固定于磁翻板液位計的外筒壁上，固定位置決定著液位測量點位置。在實際使用中非接觸檢測靈敏度受磁翻板液位計浮子本體清潔度的影響，加之液位開關通過扎帶固定于磁翻板液位計筒體上，接觸面小，受設備運轉產生的振動影響，無觸點接觸偶爾會導致檢測滯后，影響反應速度，輸出錯誤信號，導致電磁閥無法關閉或打開。接近開關端子絕緣不佳，拆接線已損壞絕緣，導致輸出信號線接地，輸出信號始終為閉合狀態，導致液位控制失靈。液位補排水系統液位檢測由3個接近開關實現，測量點過多，對3個接近開關整體完好性要求較高，如果有一個液位開關出現問題就會造成液位失靈無法控制。

 

1.3  電磁閥

       電磁閥為直動式彈簧壓膜片電磁閥，膜片材質為橡膠夾布，具有雙面受壓承載、雙面同等受壓面、低磁滯、無黏滑效果。

 

       膜片直接影響電磁閥的流通能力，當補水水質不佳或有較多雜質時，雜質會在膜片上、下面堆積，造成閥體內平衡孔堵塞，影響膜片密封效果；長期堆積的雜質會腐蝕和磨蝕膜片，使膜片老化，縮短膜片使用壽命，造成電磁閥泄漏或無法開啟，因此，電磁閥在使用一段時間后必須進行解體清理膜片。電磁閥的彈簧也會隨服役時間的延長而出現彈力不足的情況，導致電磁閥無法正常開關。通常每年需多次更換電磁閥，此外電磁閥也無遠傳手動控制功能。

 

2  真空泵液位控制系統改造

       針對上述液位控制系統的問題，為準確高效地進行分離器液位控制，降低儀表材料消耗和故障率，決定對液位補排水系統進行改造（表2）：①鑒于分離器無多余儀表安裝預留位置，因此，將磁翻板液位計改為帶遠傳4～20mA信號輸出的磁翻板液位計，在原安裝位置安裝；② 取消液位開關，保留原信號線，其功能由磁翻板液位計輸出實現；③更換電磁閥，選裝氣動球閥，將電磁閥作為球閥控制元件，增加遠傳控制功能；④ 敷設氣源管路至氣動球閥，儀表信號線纜利原液位開關線纜。

       改造后液位①、②、③均由系統組態設置，為保證補排水液位保持在液位計中間位置，入口及出口氣缸閥相應動作（圖3）。

       液位低至①位置時，入口補水氣缸球閥（由氣源電磁閥控制）帶電打開，開始補水；液位在①、②之間時，入口氣缸球閥仍帶電打開補水；液位升至②位置時，入口補水氣缸球閥失電關閉，停止補水；液位升至②、③之間時，出、入口氣缸球閥仍失電關閉；液位升至③位置時出口排水氣缸球閥（由氣源電磁閥控制）帶電打開，開始排水；液位降至③、②之間時，出口氣缸球閥仍帶電排水；液位降至②時，出口氣缸球閥失電，停止排水；液位降至②、①之間時，出、入口氣缸球閥仍失電關閉，液位降至①位置時，入口氣缸球閥帶電打開，開始補水。整個控制過程不斷往復循環，確保液位始終在正常位置。

 

3  改造前后液位控制效果對比

       通過以上改造后，基本上排除了原液位控制儀表的弊端，使液位控制系統實現簡單、準確以及維護量少的目的，保證了真空泵的長周期運行。通過兩個檢修周期的運行，獲得了工藝區塊工作人員的肯定（表3）。

4  結論

       磁翻板液位計和2個小型氣缸球閥(由氣路電磁閥控制)組成的液位控制系統，控制點更加準確有效，閥門的故障率明顯降低，同時，可實現對閥門運行狀態的監控。2011年檢修改造至今，液位控制系統使用穩定，效果明顯。改造后的磁翻板液位計測量準確，小型氣缸球閥控制動作靈敏有效，液位始終維持在50%～55%，滿足工藝控制要求。