蒸汽锅炉系统液位计的失效分析及使用管理探讨123

蒸汽锅炉系统液位计的失效分析及使用管理探讨摘要：介绍了中国石化茂名分公司炼油厂蒸汽锅炉液位计使用中出现的问题，并对液位计的失效原因进行了详尽的分析，最后从蒸汽锅炉液位计的选型、安装、使用与维护几个方面探讨了如何加强对蒸汽锅炉液位计的管理。

关键词：蒸汽锅炉液位计选型管理1前言近年来，在茂名分公司炼油厂的蒸汽锅炉系统上接连发生了多起玻璃液位计的破裂失效事故（表-1），这一系列的液位计失效事故，对蒸汽锅炉系统的设备运行及操作人员的人身安全造成了极大的威胁。

针对这几起液位计失效事故，茂名分公司炼油厂2001年开展了全厂范围的蒸汽锅炉系统液位计使用调查，对蒸汽锅炉液位计的失效原因进行了分析，并对蒸汽锅炉液位计的选型、安装、使用与维护进行了深入的探讨。

表 1 近年来茂名分公司炼油厂蒸汽锅炉系统液位计的失效事2蒸汽锅炉液位计失效原因分析经过几起液位计失效事故的现场考查，我们认为造成蒸汽锅炉液位计失效的原因主要有四个方面：选型不当、安装不当、使用与维护不当和液位计产品质量低劣。

2.1选型不当造成液位计选型不当的主要原因是部分设计人员及管理人员对各种液位计型式的适用范围欠缺了解，以及部分液位计生产厂家的选型手册对其液位计产品过度夸大，造成误导，以致造成选型不当。

常见的情况有以下几种：（1）蒸汽锅炉系统错误选用了双色石英管液位计。

自从双色石英管液位计问世后，因其与玻璃板式液位计相比具有轻便、使用维护简单等优点，相当一部分设计人员及管理人员认为采用双色石英管式液位计可以减轻操作人员维护时的劳动强度，且双色石英管式液位计的液位指示采用气红液绿的折射显示原理，较板式液位计直观，故选型时均倾向于采用双色石英管液位计，而并未对采用此类产品所造成的不安全因素引起足够的重视。

管式液位计尤其是双色液位计，其玻璃管内孔采用扇形孔，当承压高时，孔内表面特别是在扇面与其折边的交界处会产生应力集中，当玻璃管受到高压冲击时，会造成破裂。

若采用玻璃管液位计，从安全角度考虑，应首选内孔为圆孔的玻璃管，但其无法双色显示液位。

美国多数石油公司不主张在工艺装置上采用玻璃管液位计，这类液位计只限用于温度低于93°、压力低于1kg/cm2（表），并且介质是无毒、无危险的地方。

且液位计玻璃管的长度不应超过800mm，若观察范围超过800mm，应采用迭加式玻璃管液位计。

另化工部（93）中化装仪字第317号文《关于化工压力容器用就地指示型液位计选型意见的通知》指出，“在Ⅱ、Ⅲ类压力容器中除国家有关技术规定（程）或工艺要求必须采用玻璃管液位计的场合外，各化工企业应分期分批逐步更换”。

从表-1中的液位计失效事故来看，大部分失效的均为双色石英管式液位计。

在高温锅炉水介质中玻璃管失效爆裂产生的飞溅及冲击的可能性要比玻璃板大得多。

（2）在玻璃液位计选型上未充分考虑到高温锅炉水介质对玻璃的腐蚀及汽包运行过程中产生的剧烈振动。

高温锅炉水介质，特别是在温度超过400℃、压力超过4.0MPa的中压蒸汽包上，在这些部位一是介质会对玻璃造成侵蚀，二是锅炉水汽介质液位波动大，振动大，对液位计会造成一定的冲击载荷。

故此处采用的液位计应充分考虑到液位计的抗振能力、热补偿能力、抗腐蚀能力。

经分析二催化中压汽包液位计石英管碎片，证实石英管有相当程度的腐蚀减薄。

因此这也不难解释石英管在出厂前均进行了1.5倍公称压力试验，但使用到一定时间后，因管壁减薄而造成的承压能力下降，最终发生爆裂。

2.2安装不当在设备制造有液位计安装过程中要求不严格也是造成液位计损坏的一个主要的原因。

玻璃液位计的安装有严格的要求，这其中包括容器制造中对液位计开口接管的公差要求及液位计本体安装的技术要求。

通常要求液位计对应接口间的距离允差为±1.5mm；液位计对应接口周向位置允差±1.5mm；液位计对应接管外伸长度允差≤1.5mm；液位计法兰密封面倾斜度允差≤法兰外径的0.5%。

任何过大的公差均会造成液位计安装过程中产生附加的弯矩。

从二催化中压汽包液位计上下安装法兰面的测量来看，上下法兰距离与液位计中心距的偏差达3.5mm，可以看出安装时必定采用强力组装法。

一般液位计安装时均要求两端法兰螺栓采用逐步上紧法，禁止强力组装，以使液位计两端受力均匀，不会采用附加弯矩。

玻璃为脆性材料，极小的弯曲应力即会造成折断。

为消除因安装及热膨胀产生的应变，应在重量较大的液位计上适当地采用支承结构，在需要补偿热膨胀差的地方安装迂回管或膨胀环。

如果液位计安装在振动较大的部位，它们就易被损坏或工作不正常。

为了消除振动的影响，应安装在临近振源但又不与振源连接的刚性支撑上，振源与仪表之间的管子或导管应安装得具有弹性及考虑防震装置。

2.3使用及维护不当用于高温介质的液位计，安装结束投入运行时，应缓慢将上阀门开一扣，使玻璃管及玻璃板充分预热五分钟后，再将上下阀门安全开启。

玻璃的热稳定性很差，当沸水倒在冷玻璃上时，玻璃就会产生破裂现象，这是因为温差产生的应力超过了玻璃的强度。

而经专业人员了解，部分操作人员的液位计操作意识极差，绝大部分均是省去预热步骤，这是一个极其危险的操作，即使再好性能的玻璃液位计也无法承受多次的热冲击。

故玻璃液位计使用寿命长短，决定于是否操作是否精细、规范。

2.4液位计制造质量差玻璃管液位计的质量主要在于玻璃管的等级及加工方法，其控制指标主要是石英的纯度、添加剂类型及玻璃的外观缺陷程度，不同等级的玻璃管其抗拉强度、热稳定性能、抗冲击性能大不相同，其价格也相差甚远。

石油化工装置内使用的玻璃管应采用高纯度的石英管，从茂名分公司炼油厂部分液位计的失效事故来看，相当一部分与液位计生产厂家的液位计产品制造质量是有关联的。

从部分生产厂家的液位计产品的设计结构形式可以看出，为了节省成本，双色液位计的外框架钢板过薄，仅0.8mm，在其观察面侧仅安装2mm厚的浮法玻璃板。

并未考虑到玻璃管失效爆裂后对观察者的安全防护问题。

3蒸汽锅炉液位计的选型中、低压蒸汽锅炉系统，可采用透射式玻璃板液位计和磁浮式液位计，若汽包上有两个液位计时，可考虑采用一条磁浮式液位计和一条玻璃板液位计进行搭配使用。

但应注意的是，对中压蒸汽系统，应采用铝硅玻璃，同时为防止高温锅炉水介质对玻璃的侵蚀，要在液位计玻璃的内侧插入能抵抗侵蚀的云母片；当锅炉水温度超过200℃，选用磁浮式液位计时，浮子材料应选用钐钴磁钢，若温度超过350℃，则应在浮筒外侧加装冷却水套。

高压蒸汽锅炉系统，可考虑采用高温高压玻璃板液位计和牛眼玻璃液位计。

但在选型时有几点应注意：（1）凡使用温度超过200℃的部位，液位计本体应设置迂回管或膨胀环。

（2）在蒸汽系统使用的液位计其上下阀门均应设置安全装置，要保证液位计意外损坏时，保护钢球在容器内压（>0.3MPa）的作用下自动密封、防止容器内液体继续外喷。

（3）高温部位，最好采用碳钢本体，应避免选用不锈钢。

因为在高温状况下，不锈钢的热膨胀系数比碳钢大得多，表体变形过大也会对玻璃板造成较大附加应力。

4蒸汽锅炉液位计的安装液位计安装前必须保证两配对安装法兰的中心距和平行度偏差不大于1.5mm，否则应先安装液位计法兰，再焊接配对接管，这样能保证液位计安装后不承受弯曲载荷。

尤其是玻璃管液位计，其弯曲刚度小，不抗折，一定要保证安装质量。

另液位计安装时均要求两端法兰螺栓采用逐步上紧法，禁止强力组装，以使液位计两端受力均匀，不会采用附加弯矩。

安装时要保护好玻璃管（板）不受到机械损伤。

用于温度超过150℃的介质时，液位计预热完毕后，还需按照说明书上规定的扭矩进行螺栓的热紧和填料的压紧。

5蒸汽锅炉液位计的使用与维护5.1液位计的投用规范液位计操作是延长液位计寿命的一个重要手段。

低温部分的液位计投用前应先做好管内气体的排放，然后再缓慢的旋开上下手阀。

高温部位的液位计投用前应进行液位计的预热，应先开上手阀半转预热15分钟，直到液位计的温度达到介质的操作温度。

加热后，关闭上手阀，按规定的力矩值趁热拧紧各部分螺栓及填料压盖。

再次打开上手阀预热5分钟后，方可缓慢全开上下手阀将液位计投入运行。

具有安全装置的上下手阀必须全开。

5.2液位计的在线定期清洗随着设备的长周期运行，液位计的在线清洗不可避免，这就要求操作人员应进行定期关闭下手阀，开液位计底部放空阀进行清洗，否则时间长了，污垢物粘附过多，阻塞液位计通道，造成液位计显示失灵。

5.3正确的维护液位计的检修一般安排在装置大检修时进行，主要的项目是对液位板进行解体拆洗、填料更换、换垫及试压；对玻璃管液位计，采用盐酸浸泡法进行洗垢及除油，更换玻璃管管端填料环。

这里要注意的是液位计检验时所有步骤均应精细操作，特别是玻璃部件要防止碰损，所有螺栓的上紧要严格按照产品说明书的要求依次上紧及做好投用时的热紧工作，上紧力矩要严格控制。

对于磁浮式液位计，检修时有必要进行拆卸，清洗磁性浮子上的附着物及浮筒液室的垢物。

因为玻璃板（管）液位计中的相当多部件为易损件（如玻璃板、玻璃管、填料环、垫片、缓冲垫、云母片、螺栓等），因此应根据一定的比例进行备料，以备检修时需要。

另对于锅炉汽包部位，是液位计损坏的高发部位，应有一定的库存备用。

6结语蒸汽锅炉系统液位计的使用管理是一项系统工程，只有从选型、安装、投用、日常维护几个方面同时着手才能做好管理，任何一个环节产生失误均会降低液位计的安全性能，缩短液位计的使用寿命。

参考文献：1余洁主编.《炼油厂仪表及调节系统安装手册》.第一分册.北京，中国石化出版社，19852张德姜等主编.《石油化工装置工艺管道安装设计手册》.第一篇设计与计算，北京，中国石化出版社，1994。