新型石油儲罐壓力計研究與應用

楊 充，常益民，王艷麗，呂海翠

（1.西安長慶科技工程有限責任公司 陜西 西安 710018；2.陜西科技大學 鎬京學院，陜西 咸陽 712046）

大容量鋼制拱頂罐在油田站場、各種規模的油庫、煉油廠及化工廠中使用量巨大，容量在幾十到幾萬方不等。由于大容量鋼制拱頂罐存在機械上的脆弱性和安全方面的因素，罐頂都設有呼吸閥，使罐內壓力維持在罐體機械強度能承受的壓力下工作，一般壓力隨工況和季節的溫度變化在±50～±100 mmH2O波動。由于鋼制拱頂罐壓力為毫米水柱級壓力，用普通真空壓力表顯示其壓力因其量程刻度范圍太大[1]（典型值為-0.1～0.06 MPa），壓力的變化難于觀察，因此鋼制拱頂罐上一般不安裝壓力計，靠呼吸閥平衡壓力。罐內壓力不能顯示并觀察，對大罐的安全很不利，尤其是呼吸閥失靈時情況很嚴重。

在結合本單位實際情況，研制出一種有效的微壓檢測儀表，從而解決了大罐壓力檢測問題[2]，消除安全隱患，達到安全生產的目的。

1 壓力計原理

本壓力計是一種就地顯示鋼制拱頂罐內壓力的壓力計，壓力計的結構總圖如圖1所示。儲罐壓力通過引壓咀1進入感壓室3，壓力作用在感壓膜片5上，儲罐壓力為±0.0 mm H2O表壓時，膜片在上下平衡彈簧7的作用下處在平衡位置。當儲罐壓力增大時，壓力作用在膜片下部，膜片周圍有環型超薄伸縮波紋膜6與膜片5邊沿和膜片筒19內壁用超強耐油膠16粘接，作用在膜片的壓力不會泄露，此壓力推動膜片上移拉伸膜片下部的膜片平衡彈簧，膜片上部的平衡彈簧收縮3（膜片上部的平衡彈簧在±0.0 mmH2O表壓時已被拉伸），同時推動傳動桿13和傳動齒條22上移，傳動齒條22通過齒牙帶動指針齒輪23反時針方向轉動，壓力指針25也反時針方向轉動在壓力刻度盤26上指示出對應的儲罐正壓力。當儲罐壓力為負壓時，大氣壓力通過呼吸咀2進入呼吸室，推動膜片5下移，此時壓力指針25順時針方向轉動，在壓力刻度盤26上指示出對應的儲罐負壓力。

2 結構描述

1）膜片具有一定的有效感壓面積，其有效感壓面積為膜片5面積和環型超薄伸縮波紋膜6面積的總和，即感壓筒的內截面積，按314.0 cm2計算（感壓筒半徑按10.0 cm計。若增加靈敏度，可增大感壓筒的直徑），+1.0 mm H2O（即1 mm水柱）的壓力對膜片5能產生31.4克的向上推力，膜片平衡彈簧7采用拉伸彈力小于20克的彈簧，因此1毫米水柱的壓力就能被顯示出。

2）膜片平衡彈簧7在±0.0 mm H2O表壓壓力時均被拉伸，在整個刻度盤所顯示的壓力范圍內線性伸縮，因此能線性地顯示儲罐壓力。

3）壓力計顯示表頭29直徑可做到0.5 m，以罐頂法蘭安裝方式安裝在罐頂上，閱讀醒目。也可以引壓管方式安裝在罐旁基座上。

4）由結構總圖可知其機構簡單、可靠、維護拆卸方便。

圖1 新型石油儲罐壓力計原理圖Fig.1 New type oil tank pressure gauge principle diagram

注：1取壓咀2呼吸咀3感壓室4呼吸室5感壓膜片6環形耐油超薄伸縮波紋膜；膜片平衡彈簧 8彈簧掛架 9彈簧掛鉤10傳動桿連接件 11傳動桿連接件與膜片固定螺釘 12傳動桿連接與傳動桿固定削釘 13傳動桿 14傳動導向管 15傳動導向管固定盤 16高強耐油粘接膠 17固定小螺栓 18感壓筒19膜片筒 20導向筒 21內螺紋筒蓋 22傳動齒條 23指針齒輪24壓力計指針連接按件 25壓力計指針26壓力計刻度盤27傳動齒條導軌28傳動齒條與傳動連接削釘 29壓力計顯示頭殼體30固定基座螺栓控。

5）圖 1 中筒體（件號 18、19、20、21）部分為剖視圖，表頭29為去掉表頭蓋的視圖，表頭蓋玻璃圓板下有不透光膜片將齒條22及齒輪23遮檔，只能視見指針25和刻度盤26[3]。

3 關鍵技術

3.1 測量部分

測量部分組成由波紋管、范圍彈簧組、扭管、單向過載保護裝置、阻尼裝置、外殼等部件組成。

1）波紋管

由3j1恒彈性材料沖壓成膜片后滾焊而成，其特點是線性好，有效面積一致，因而可以提高儀表精度。高低壓波紋管由6個波紋組成，外端與連桿緊固連接。溫度補償波紋管由2個波紋組成，連接在高壓波紋管的端部，內堵上有4個小孔，保證了它與高低壓波紋管內部的填充液相同，其作用是溫度補償波紋管隨周圍溫度變化膨脹或收縮，進行溫度補償，從而大大減少了溫度附加誤差。

2）范圍彈簧組

由范圍彈簧組和支架組成。范圍彈簧組氬弧焊在彈簧架上，其外圓通過支柱固定在中心基座上，內圓與調整帽連接，當差壓增大時，連桿帶動調整帽向右移動，從而范圍彈簧被拉伸，范圍彈簧組有Ni42CrTi恒彈性材料冷卷后在真空爐內進行彌散硬化處理，不同差壓上限，采用不同規格的范圍彈簧組。

3）扭管

扭管是測量部分的輸出軸，一方面能將波紋管內腔與外界空間隔離開來，另一方面將連桿的位移以轉角的方式傳給顯示部分。

4）單向過載保護裝置

由單向過載保護閥和密封環組成儀表在使用過程中，一旦出現單向過載，一端波紋管壓縮，另一端波紋管伸長，連桿迅速由一方移向另一方，從而帶動單向過載保護閥緊緊靠在密封環上切斷高、低壓波紋管間填充液的流動，此時連桿不再移動，由于填充液是不可壓縮的，有效保護了高、低壓波紋管不致損壞。

5）阻尼裝置

由阻尼閥、阻尼環和阻尼旁路組成。根據被測流體脈動振幅和頻率程度不同，調節阻尼閥的位置，從而改變阻尼旁路的截面積，達到改變儀表阻尼時間的目的，順時針方向旋轉阻尼閥，阻尼時間增長，反之縮短。

6）外殼

高壓外殼和低壓外殼，用內六角螺釘連接，中心基座夾在其中，分別構成高低壓室，兩端有引壓孔，分別和高低壓接頭連接，上部裝有排氣閥，下部裝有排液閥。

3.2 顯示部分

扭管反時針轉動，帶動四連桿機構動作，四連桿機構作用將轉角放大，主要有主動桿，連桿和從動桿組成[4]，從動桿也反時針移動，最大轉角270°，它的同一軸上裝有扇形齒輪與中心齒輪相齒合，將轉角放大到270°，并帶動大指針旋轉指示。由于驅動力大，采用Φ500 mm直徑大顯示屏，配醒目的指針使得操作人員在很遠的地方就能看到罐頂壓力顯示，方便人工壓力控制。由于采用大顯示屏，使得分辨力得到很大提高，可達到±1 mm H2O[5]。

4 研究結果

根據大罐的壓力特點，研制出檢測量程為-200～+200 mmH2O的壓力表，且表盤直徑突破了常用壓力表6盤直徑幾倍，以便安裝在大罐上便于巡檢讀數，表盤直徑為0.5 m，在大罐上或管路上安裝用法蘭安裝。同時該壓力計已安裝在莊一聯輕烴廠大罐抽氣裝置上運行一年，且效果良好，具有很大的市場前景。

5 該項目在油田應用推廣前景分析

該項目進一步完善，在油田中具有廣泛的引用前景：

1）加裝電子遠傳裝置，可以現場及操作室同時監測。

2）取壓管充硅油、加毛細管、加裝電子遠傳裝置，可同時取代現場磁翻柱液位計和遠傳雷達液位計測量油罐及液化氣管液位。

6 結束語

通過對微壓取壓波紋管的受力情況的分析，得到了大罐微壓的取壓方法，研制出一種新的微壓檢測儀表，解決了大罐微壓檢測中存在的問題，消除安全隱患，達到安全生產的目的。

[1]劉向東.正確選擇壓力表的方法 [J].液壓氣動與密封，2006（3）：25.LIU Xiang-dong.How to select pressure gauge[J].Hydraulics Pneumatics&Seals，2006（3）：25.

[2]喬宏，吳貞培，趙景超，等.壓力傳感器在大罐計量中的應用[J].儀表技術與傳感器，1996（9）：44-47.QIAO Hong，WU Zhen-pei，ZHAO Jing-chao，et al.Pressure sensor in the measurement of large cans[J].Instrument Technique and sensor，1996（9）：44-47.

[3]歐陽德利.微量程合金薄膜壓力傳感器[J].電子器件，1996（1）：522-527.OUYANG De-li.A lower range alloy thin film pressure sensor[J].Journal of Electron Devices，1997（1）：522-527.

[4]吳振亭，章志芳.壓力儀表傳動機構的優化設計[J].機械傳動，2009（6）：76-77.WU Zhen-ting，ZHANG Zhi-fang.Optimization ofthe transmission mechanism of pressure instrumentation design[J].Journal of Mechanical Transmission，2009（6）：76-77.

[5]劉珍妮.微壓力傳感器的設計與工藝研究[D].北京：北方工業大學，2011.

[6]王京宏.一種微壓計量方法[J].計量技術，2000（3）：38-40.WANG Jing-hong.A micro pressure measurement methods[J].Measurement Technique，2000（3）：38-40.