IGC規(guī)則和IBC規(guī)則對(duì)液貨艙液位指示器 (Level indicators) 或液貨艙液位的測(cè)量裝置 (gauging devices) 做出了明確規(guī)定, 從這些規(guī)定可看出, 不同的貨品要求安裝有不同型式的測(cè)量裝置。液貨艙液位測(cè)量裝置分為開(kāi)式裝置、限制式裝置和閉式裝置, 其中閉式裝置又分為深入液貨艙裝置和不穿過(guò)液貨艙殼板與液貨艙無(wú)關(guān)的間接式裝置兩種。而對(duì)于液化氣體運(yùn)輸船舶, IGC規(guī)則對(duì)于閉式裝置有更嚴(yán)格的區(qū)分, 將其分為三類(lèi)。具體要求可參見(jiàn)中國(guó)船級(jí)社出版的《散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》2006和《散裝運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品船舶構(gòu)造與設(shè)備規(guī)范》2009。

  由于規(guī)則中涉及到的液貨艙液位測(cè)量裝置種類(lèi)多, 不同的裝置又有不同的工作原理和應(yīng)用領(lǐng)域, 由于篇幅有限, 本文僅對(duì)這兩本規(guī)范中提到的液貨艙閉式測(cè)量裝置從工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用實(shí)例等方面做了詳細(xì)闡述, 對(duì)于開(kāi)式和限制式液位測(cè)量裝置僅做簡(jiǎn)單介紹。

  開(kāi)式裝置在IBC規(guī)則的定義如下:利用液貨艙的開(kāi)口進(jìn)行測(cè)量, 可將測(cè)量?jī)x表放置于貨物或其蒸氣之中, 如空檔測(cè)量孔就是一例。需要注意的是, 本文通過(guò)對(duì)比IGC規(guī)則和IBC規(guī)則得知, IGC規(guī)則中不允許液貨艙安裝開(kāi)式測(cè)量裝置。

  在IBC規(guī)則較低要求中有不少貨品的測(cè)量裝置為開(kāi)式裝置。但是在實(shí)際使用中由于只載運(yùn)允許開(kāi)式透氣裝置貨品的船舶很少存在, 絕大部分化學(xué)品船適裝的貨品種類(lèi)豐富, 可能包括了要求安裝限制式裝置和閉式測(cè)量裝置的貨品種類(lèi), 因此在化學(xué)品船上液貨艙安裝開(kāi)式裝置的并不多見(jiàn)。

  IBC規(guī)則對(duì)于限制式裝置做出如下規(guī)定:此裝置伸入液貨艙, 使用時(shí)允許少量貨物蒸氣或液體逸入大氣。不使用時(shí), 這種裝置是完全封閉的。其設(shè)計(jì)應(yīng)確保在打開(kāi)這種裝置時(shí)不致使艙內(nèi)貨物 (液體或氣霧) 發(fā)生危險(xiǎn)的外溢。

  限制式測(cè)量裝置在化學(xué)品船的液貨艙中較常見(jiàn), 在船舶建造時(shí)通常是在每個(gè)液貨艙頂部甲板上安裝一個(gè)測(cè)深管, 測(cè)深管上安裝一個(gè)甲板閥 (球閥) , 這種球閥和測(cè)深裝置或者取樣裝置能密閉且快速連接。

  IGC規(guī)則中把固定管式和滑動(dòng)管式液位表作為此類(lèi)裝置?；苁揭何挥?jì)是目前LPG船舶上安裝的***常見(jiàn)的一種限制式測(cè)量裝置。

  在IBC規(guī)則中, 閉式裝置分為兩類(lèi), 一類(lèi)裝置為伸入液貨艙, 成為封閉系統(tǒng)的一部分, 且能防止艙內(nèi)貨物逸出。例如浮筒式系統(tǒng)、電子探測(cè)器、磁性探測(cè)器和帶有防護(hù)的觀察裝置等;另一類(lèi)用不穿過(guò)液貨艙殼板而與液貨艙無(wú)關(guān)的間接式裝置, 如貨物稱(chēng)重裝置和管式流量計(jì)等。

  通過(guò)仔細(xì)和IGC規(guī)則對(duì)比發(fā)現(xiàn), IGC規(guī)則中對(duì)于閉式裝置有更嚴(yán)格的區(qū)分, 規(guī)則中將其分為三類(lèi), 一類(lèi)為間接式裝置如貨物稱(chēng)重裝置和管式流量計(jì)等;第二類(lèi)為不穿透液貨艙的裝置如使用放射性同位素的裝置或超聲波裝置等;第三類(lèi)為穿透液貨艙的閉式裝置, 如浮筒式系統(tǒng)、電子探頭、磁性探頭和氣泡管式指示器等。在IGC規(guī)則較低要求中不同的貨品和這三類(lèi)裝置相對(duì)應(yīng), 需要特別注意的是, 氣體運(yùn)輸船如載運(yùn)氯 (Chlorine) 這種貨品時(shí), 液貨艙必須采用類(lèi)間接式裝置和第二類(lèi)裝置即不穿過(guò)液貨艙的測(cè)量裝置。這一要求在船舶設(shè)計(jì)和建造時(shí)需要充分引起關(guān)注。

  管式流量計(jì)屬流量?jī)x表類(lèi)閥門(mén), 指示被測(cè)流量和 (或) 在選定的時(shí)間間隔內(nèi)流體總量的儀表。被廣泛適用于化工、石油等各個(gè)領(lǐng)域。缺點(diǎn)是不能應(yīng)用于能見(jiàn)度為零的液體、氣體或粘度系數(shù)極高介質(zhì), 如污水、原油、污泥和泥漿等。

  雖然管式流量計(jì)在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用, 但是在液貨艙測(cè)量裝置中, 由于在設(shè)計(jì)時(shí)船舶選擇了其他閉式測(cè)量裝置, 因此這種測(cè)量裝置就上很少見(jiàn)到使用。然而對(duì)于液化氣體運(yùn)輸船, 根據(jù)IGC規(guī)則的要求, 如果船舶載運(yùn)氯貨品時(shí), 液貨艙必須采用間接式裝置如管式流量計(jì)了, 但是在實(shí)際使用中確極少見(jiàn)到。

  在液貨艙測(cè)量裝置中筆者尚未見(jiàn)到使用貨物稱(chēng)重裝置。而對(duì)于液化氣體運(yùn)輸船, 根據(jù)IGC規(guī)則的要求, 在載運(yùn)氯 (Chlorine) 此種貨品時(shí), 液貨艙必須采用間接式裝置如貨物稱(chēng)重等, 但是在實(shí)際使用中尚未見(jiàn)過(guò)此種裝置。

  放射性同位素是一個(gè)原子核不穩(wěn)定的原子, 每個(gè)原子也有很多同位素, 每組同位素的原子序雖然是相同, 但卻有不同的原子量。如果這原子是有放射性的話, 它會(huì)被稱(chēng)為物理放射性核種或放射性同位素。放射性同位素會(huì)進(jìn)行放射性衰變, 從而放射出伽瑪射線和次原子粒子。該技術(shù)在射線照相技術(shù)、測(cè)定技術(shù)方面等方面有著廣泛使用。但是作為液貨艙的測(cè)量裝置, 還沒(méi)有沒(méi)有查到這方面的相關(guān)資料。

  超聲波液位計(jì)是由微處理器控制的數(shù)字液位儀表。在測(cè)量中超聲波脈沖由傳感器 (換能器) 發(fā)出, 聲波經(jīng)液體表面反射后被同一傳感器接收或超聲波接收器接收, 通過(guò)壓電晶體或磁致伸縮器件轉(zhuǎn)換成電信號(hào), 并由聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間來(lái)計(jì)算傳感器到被測(cè)液體表面的距離。該裝置為非接觸式測(cè)量, 不接觸液體, 就可以測(cè)量。液體的密度、粘稠度都不影響測(cè)量, 且安裝方便, 只需要罐頂開(kāi)孔就可安裝。

  由于采用非接觸的測(cè)量, 被測(cè)介質(zhì)幾乎不受限制, 可廣泛用于各種液體和固體物料高度的測(cè)量。在化工業(yè)行業(yè)中經(jīng)常使用超聲波液位計(jì)來(lái)測(cè)量?jī)?chǔ)罐、反應(yīng)釜的液位。但在化學(xué)品船或液化氣船液貨艙中使用的卻較少。

  目前對(duì)于超聲波裝置, 已研發(fā)出智能型外貼式超聲波液位計(jì), 液位測(cè)量采用了傳感器外貼與被測(cè)液體非接觸的測(cè)量方式。智能型外置式超聲波液位計(jì), 可在罐外連續(xù)測(cè)量液位, 對(duì)罐體不開(kāi)孔, 特別適合密閉容器內(nèi)的各種有毒物質(zhì)﹑強(qiáng)酸﹑強(qiáng)堿及各種純凈液體的液位進(jìn)行測(cè)量, 儀表采用隔爆設(shè)計(jì), 可在危險(xiǎn)區(qū)域中應(yīng)用。

  因此, 該裝置可作為IGC規(guī)則中規(guī)定的間接式測(cè)量裝置之一, 對(duì)于獨(dú)立液貨艙的氣體運(yùn)輸船在載運(yùn)氯這種貨品時(shí)可選用此種類(lèi)型的測(cè)量裝置。

1) 工作原理和優(yōu)點(diǎn)

  這種液位計(jì)的工作原理為浸在液體中的浮筒受到向下的重力, 向上的浮力和彈簧彈力的復(fù)合作用。當(dāng)這三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí), 浮筒就靜止在某一位置。當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí), 浮筒所受浮力相應(yīng)改變, 平衡狀態(tài)被打破, 從而引起彈力變化即彈簧的伸縮, 以達(dá)到新的平衡。彈簧的伸縮使其與剛性連接的磁鋼產(chǎn)生位移。這樣, 通過(guò)指示器內(nèi)磁感應(yīng)元件和傳動(dòng)裝置使其指示出液位。

  隨著科技的發(fā)展, 浮筒液位計(jì)的準(zhǔn)確度越來(lái)越好, 其中電浮筒液位計(jì)測(cè)量精度高、性能可靠、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、使用方便, 廣泛適用于各行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的液位測(cè)量與控制。

2) 應(yīng)用實(shí)例

  圖2為化工行業(yè)中廣泛使用的電浮筒式系統(tǒng)。但在液貨艙上電浮筒液位計(jì)使用的不多見(jiàn)。

1) 工作原理和優(yōu)點(diǎn)

  液位變送器是電子探頭的一種, 在液貨艙測(cè)量裝置中液位變送器也被經(jīng)常使用。液位變送器是對(duì)壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展, 根據(jù)不同比重的液體在不同高度所產(chǎn)生壓力成線性關(guān)系的原理, 實(shí)現(xiàn)對(duì)水、油及糊狀物的體積、液高、重量的準(zhǔn)確測(cè)量和傳送。

  液位變送器它可將各種液位參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào), 遠(yuǎn)傳至操作控制室, 供二次儀表或計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中顯示、報(bào)警或自動(dòng)控制。其良好的結(jié)構(gòu)及安裝方式, 可適用于高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、防堵塞、防冷結(jié)以及固體粉狀、粒狀物料等特殊條件下的液位, 料位或物位的連續(xù)檢測(cè), 可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過(guò)程中的檢測(cè)控制。

2) 應(yīng)用實(shí)例

  圖3為某LPG船液貨罐上安裝的壓力式液位傳感器, 它可以將各種液位參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào), 遠(yuǎn)傳至駕駛室, 并集中在駕駛室顯示貨艙液位。

1) 工作原理和優(yōu)點(diǎn)

  該液位計(jì)是根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí), 液位計(jì)主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降, 浮子內(nèi)的磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到現(xiàn)場(chǎng)指示器, 驅(qū)動(dòng)紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°。液位上升, 翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色;液位下降, 翻柱轉(zhuǎn)為白色, 指示器紅、白界位處為容器內(nèi)介質(zhì)液位的實(shí)際高度, 從而實(shí)現(xiàn)液位指示。

  該液位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 觀察直觀、清晰, 不堵塞、不滲漏, 安裝方便, 維修簡(jiǎn)單, 在船舶上被廣泛使用。

2) 應(yīng)用實(shí)例

圖4為某35000DWT散貨船機(jī)艙燃油艙上安裝的磁性液位計(jì)。

1) 工作原理

  吹氣式液位計(jì)是靜壓液位計(jì)的一種, 其物理原理是將一根吹氣管插入至被測(cè)液體的較低面 (零液位) , 使吹氣管通入一定量的氣體吹氣管中壓力與管口處液柱靜壓力相等。用壓力計(jì)測(cè)量吹氣管上端壓力, 就可以測(cè)量液位。由于吹氣式液位計(jì)將壓力檢測(cè)端移至頂部, 其使用維修都很方便, 很適合于地下儲(chǔ)罐、深井等場(chǎng)合。

2) 應(yīng)用實(shí)例

  某船液位測(cè)量系統(tǒng)采用ELGS1000液位遙測(cè)系統(tǒng), 該系統(tǒng)采用氣泡式液位測(cè)量法, 通過(guò)壓力傳感器采集探管內(nèi)的空氣壓力, 將船舶運(yùn)行時(shí)的液位壓力值轉(zhuǎn)換為電信號(hào), 通過(guò)電氣數(shù)據(jù)采集模塊采集, 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)如油艙液位, 水艙液位及四角吃水等。

  導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)是依據(jù)時(shí)域反射原理 (TDR) 為基礎(chǔ)的雷達(dá)液位計(jì), 雷達(dá)液位計(jì)的電磁脈沖以光速沿鋼纜或探棒傳播, 當(dāng)遇到被測(cè)介質(zhì)表面時(shí), 雷達(dá)液位計(jì)的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置, 發(fā)射裝置與被測(cè)介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時(shí)間成正比, 經(jīng)計(jì)算得出液位高度。

  雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用電磁脈沖進(jìn)行快速測(cè)量, 精度高、抗干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、耐壓高、耐溫高, 適用于對(duì)液體、漿料及顆粒料的物位進(jìn)行非接觸式連續(xù)測(cè)量, 也適用于溫度、壓力變化大和有惰性氣體及揮發(fā)存在的場(chǎng)合。因此該裝置適合液貨艙的特性, 在實(shí)際的船舶設(shè)計(jì)和建造中雷達(dá)式液位測(cè)量裝置被廣泛使用。

  1) 注意介質(zhì)的介電常數(shù), 并依據(jù)介電常數(shù)的大小選擇適合的型號(hào), 選用什么種類(lèi)的雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體介質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來(lái)決定。

  2) 雷達(dá)液位計(jì)對(duì)于安裝空間有一定的要求, 大多數(shù)設(shè)備廠距離如下:

  液位傳感器離艙壁的***小距離為200mm。如果不能保持儀表與罐壁的距離, 罐壁上的介質(zhì)會(huì)黏附造成虛假回波, 在調(diào)試儀表的時(shí)候應(yīng)該進(jìn)行虛假回波存儲(chǔ)。不能安裝在中心位置, 如果安裝在中央, 會(huì)產(chǎn)生多重虛假回波, 干擾回波會(huì)導(dǎo)致信號(hào)丟失。

  某17000DWT化學(xué)品有液貨船有16個(gè)液貨艙, 每個(gè)液貨艙的液位選用德國(guó)E+H公司生產(chǎn)的導(dǎo)播雷達(dá)。圖5為實(shí)船安裝的雷達(dá)液位計(jì)。

  近年來(lái), 隨著船舶自動(dòng)化程度的提高, 大部分液貨船舶, 包括原油船、成品油船、化學(xué)品船不同程度將液貨艙的壓力、溫度、液位, 壓載艙的液位, 貨油輸送管上的閥門(mén)、壓載管路上的閥門(mén)、壓載泵、貨油泵等設(shè)計(jì)成自動(dòng)控制, 整合成一個(gè)液位遙測(cè)系統(tǒng)。

  該技術(shù)在船舶工業(yè)中得到了迅猛發(fā)展。其測(cè)量精度、系統(tǒng)功能、穩(wěn)定性和可靠性都上了一個(gè)新臺(tái)階, 在液貨艙液位測(cè)量系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1) 對(duì)IGC規(guī)則和IBC規(guī)則中關(guān)于液貨艙測(cè)量裝置要求, 以及規(guī)則中要求的每種測(cè)量裝置的工作原理、優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用案例等方面做了研究, 并對(duì)液位遙測(cè)系統(tǒng)做了簡(jiǎn)單介紹。

2) LPG船如載運(yùn)氯這種貨品時(shí), 貨艙測(cè)量裝置必須采用不穿透液貨艙的裝置, 而IGC規(guī)則中提到的間接測(cè)量裝置如管式流量計(jì)和貨物稱(chēng)重裝置目前非常罕見(jiàn), 通過(guò)本文的分析, 智能型外貼式超聲波液位計(jì)可作為間接測(cè)量裝置使用。