一、本文概述
在石油化工企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，安全性是*重要的考量因素，無(wú)論是生產(chǎn)工藝還是生產(chǎn)設備都*先要從安全性*一出發(fā)，近年來(lái)，時(shí)常出現關(guān)于石油化工企業(yè)經(jīng)常因為跑、冒、泄露等引發(fā)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(wèn)題，需要采用一種更具安全性的實(shí)用性的液位測量?jì)x表，本文所推薦的就是這種新型防爆磁翻板液位計，這種防爆磁翻板液位計是利用阿基米德定律、牛頓*三運動(dòng)定律及磁性物質(zhì)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，徹底解決了普通玻璃板、石英管液面計易破碎，測量范圍小、受環(huán)境溫度影響等缺陷。防爆磁翻板液位計的產(chǎn)品特點(diǎn)在于不僅節能、環(huán)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(yè)企業(yè)，具有很好的應用前景?？梢源蟠蠼档桶踩[患，減少危險源，并能節省成木，提高經(jīng)濟效益。
背景與分析
山東省是工業(yè)大省，石油、石化企業(yè)多，東營(yíng)、淄博、黃島都有大型石化企業(yè)，石油化工品是爆炸火災危險場(chǎng)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(fā)特大爆炸事故，造成重大人員傷亡，人民生命財產(chǎn)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(xué)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(mén)腐蝕、玻璃管破碎都會(huì )導致化工品泄露，存在安全隱患。作為中學(xué)生，利用我所學(xué)過(guò)的物理知識，如阿基米德定律、永久磁鋼特性等，發(fā)明一種新的液位檢測方法去消除安全隱患，并從安全性、實(shí)用性、經(jīng)濟性等多方面做出對比，并做到儀表木質(zhì)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(diǎn)
如圖1所不為石化廠(chǎng)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(guò)觀(guān)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(diǎn):
1)閥門(mén)連接處容易泄露，如果設備內儲存為化工品，泄露后易發(fā)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(shí)，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(shí)，觀(guān)察不到液位，存在觀(guān)察盲區。
4)玻璃管液位計或石英管液位計長(cháng)度*長(cháng)一般為2m,當容器設備高達2m以上時(shí)，需要設置多個(gè)玻璃管液位計或石英管液位計進(jìn)行疊加，受高度限制，觀(guān)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(jià)格昂貴，安裝閥門(mén)、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(diǎn)，利用所學(xué)過(guò)的物理知識，發(fā)明一種磁力式液位計，能解決以上問(wèn)題。所用知識點(diǎn)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(kāi)的液體的重力。
2)牛頓*三定律:兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，總是同時(shí)在同一條直線(xiàn)上，大刁、相等，方向相反。
3)永久磁鋼的性質(zhì):同名*相斥、異名*相吸的性質(zhì)。2.3防爆磁翻板液位計的設計與構思
防爆磁翻板液位計由不銹鋼浮子、導向鋼絲、滑輪、永久磁鋼、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]

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(shí)際所儲存的液體密度，即可計算出鋼絲張力，從而計算出永久磁鋼的重量。浮子重量設置為SOOg，高度為4cm，防爆磁翻板液位計在液面中穩定時(shí)，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，即可計算出永久磁鋼的重量。
測量原理:當液面升高時(shí)，浮子侵人液面的體積增加，此時(shí)浮力增加，鋼絲張力因此減小，永久磁鋼將向下運動(dòng)，同時(shí)導向鋼絲拉著(zhù)浮子上升，當浮子重新侵人液面2cm時(shí)，達到新的平衡。當液面降低時(shí)，浮子侵人液面的體積減少，浮力減少，此時(shí)鋼絲張力增加，永久磁鋼向上運動(dòng)，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，當永久磁鋼運動(dòng)時(shí)，磁性翻板隨永久磁鋼的運動(dòng)翻轉，將翻板涂成不同顏色，沒(méi)翻轉的一面為綠色，翻轉后的一面為紅色，通過(guò)觀(guān)察磁翻板的顏色，即可知道容器中的液面高度。磁翻板與永久磁鋼之間的磁力作用于水平面，對垂直平面的作用力沒(méi)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(méi)有任何的液面盲區。
在實(shí)際應用中，如果不需要精確計量，永久磁鋼重量的設置可以忽略滑輪摩擦力的影響，如果精確測量，可以測量滑輪的摩擦力修正永久磁鋼重量。
三、經(jīng)濟性對比分析
假設某設備高為lOm，玻璃板液面計和防爆磁翻板液位計的價(jià)格對比如下，其價(jià)格來(lái)源見(jiàn)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(jià)格分析
1)購買(mǎi)玻璃板液位計表

2)伴熱用耗電能成木
每年冬季按4個(gè)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

經(jīng)對比分析，防爆磁翻板液位計每1Om比玻璃板液位計價(jià)格便宜10000多元，而且不需要附加耗能，若某一煉油廠(chǎng)用液面計總長(cháng)為1OOOm，則能節省投資100萬(wàn)元，從投資對比可知，此發(fā)明若用于工業(yè)使用，經(jīng)濟效益明顯。
四、防爆磁翻板液位計的優(yōu)點(diǎn)
1)安全性高，取消了連通管，液體全部封閉在容器內，不會(huì )因為連通管或閥門(mén)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(shí)，只需增加導向鋼絲的長(cháng)度和磁翻板的數量即可。
3)觀(guān)察方便，對于高達數米，甚至數十米的容器，只需觀(guān)察磁翻板的顏色即可，不需要象玻璃板那樣就近觀(guān)察液面。
4)液體在容器中，不會(huì )在低溫環(huán)境下而導致連通管中的液體冰凍，節能、環(huán)保。
5)成木低，經(jīng)濟性好，安裝附件少，容器高度越高，性?xún)r(jià)比越高，具有很好的應用前景。