從差壓液位變送器等智能液位儀表在罐區儀表的選型看液位測量技術的發展

 

 
一、前言　　
　　縱觀整個工業儀表的發展進程，每種新的測量技術都是為解決工業過程測量中的某些難題而發展起來的，在提高工業測量技術的水平的同時帶來了相應的經濟效益。
作為一名從事儀表設計工作多年的設計人員，曾參與設計過不少罐區，接觸了差壓液位變送器等不少的液位儀表。很有必要從技術發展的角度來談談自己對液位測量儀表選型的看法。本文從罐區液位儀表的設計，談到罐區儀表的發展方向，并對現有幾種常用的液位測量儀表進行了比較。
 
在七、八十年代，罐區液位測量中幾乎毫無例外采用的是鋼帶液位計，用以解決人工測量的困難和麻煩。它由機械傳動和光電取樣部分組成。通過鋼帶的拉伸，使浮子不停地達到新的力平衡，來讀取碼帶（碼盤），從而得到液位的高度。這種測量液位的方法誤差大、讀碼錯誤嚴重，儀表維護量大，時間長了容易造成一次檢測儀表的故障，且輸出的信號為碼，不能直接進入計算機，限制了罐區管理自動化水平的提高和發展。隨著科技的發展，這種液位計已逐步被新型的智能儀表所取代。下面談談儲罐液位測量中，應用比較**的幾種智能儀表。
 
二、單法蘭液位變送器和差壓液位變送器
　　單法蘭液位變送器和差壓液位變送器作為測量儀表，在常規罐區設計中，早已得到了很好的應用。單法蘭液位變送器被用于測量常壓罐，差壓液位變送器則用于測量帶壓儲罐。
　　根據流體靜力學原理，無論是開口容器或是封閉容器，容器內同一液層水平面上的壓力處處相等。不同液層面上的壓力與液體表層（即液面）的垂直距離成正比，離液面越遠，壓力越大，反之，則小。
　　當液面下降到液層處（ ＝ ）時， 液層的壓力р 等于儲罐內的氣體壓力р 。當時，р＝ ρ ＋р
　　式中р ―液位液層的壓力；
　　―液層面與液面之間的垂直距離；
　　ρ ―液體介質密度；
　　р ―罐內氣體壓力。
　　液體介質密度是較穩定的參數，生產過程中的罐內液位高度和罐內氣體壓力р 都是變量，為了獲取僅與液位變化相關的壓力р ，必須消除р 的變化對р 的影響。
　　差壓法來測量液位時，是將高壓室（＋）與液面相通，低壓室（－）接罐頂氣體，變送器高、低壓室之間的隔膜受兩個不同方向推力產生形變，形變程度與“＋”、“－”壓室之間的壓力差值有如下關系：Δ ＝ － ＝ ρ ＋ ρ ＋р － ρ ＋р＝ ρ ＋ ρ － ρ 。 　　這時，容器中的液位高度與壓差Δ 為一次函數關系。在＝ 時，存在Δ ＝ ρ － ρ 。所以在實際使用中，差壓法測液位往往還應考慮零位遷移。產生零位漂移，主要是因為容器內氣體組分下環境溫度下凝結液， 結液柱靜壓作用于“ ＋ ”“－”壓室所致。要進行零位遷移，可以在安裝時加裝平衡容器。在＝ 時，當Δ 時，進行零位正遷移；當Δ 時，進行零位負遷移。遷移量為Δ ＝ ρ － ρ 。零位遷移后，必須保證：在負壓側不加測量信號時，變送器輸出為；在負壓側加上全量程信號時，變送器輸出為。這一點在安裝過程中尤其重要，因為它直接影響到今后儲罐的測量準確性。
單法蘭液位變送器和差壓變送器就是基于這種測量原理而發展起來的液位測量儀表。
　我曾經在上海煉油廠萬噸年的汽柴油加氫項目的罐區設計中，使用過二臺公司的型單法蘭液位變送器，由于它測量的油品介質為單一的汽柴油，且常溫、常壓，所以使用至今，情況良好，未發生過任何問題。若被測介質具有腐蝕性，粘度大，易結晶液體，可考慮采用雙法蘭差壓液位變送器。雙法蘭差壓液位變送器由于膜片直接作用于取壓側，所以無需零點遷移，但安裝位置受毛細管長度限制，還有毛細管內的隔離液易受環境溫度影響，從而影響測量精度。
　　單法蘭、差壓液位變送器測量液位的優點是安裝相對簡單、便于維護、工作可靠。缺點是介質密度易受環境變化，從而影響測量精度，所以不適宜用于大型儲罐和球罐。在中小型的儲罐液位測量中有很**的表現。
 
 
　　三、磁致伸縮式液位計
磁致伸縮式液位計是一種比較新型的液位測量儀表。有非常高的精度，測量誤差不超過％。它由二部分組成：一條外面套有浮子（內帶磁性元件）的測量桿；一個位于測量桿上端的電子傳感器。測量時液位計頭部的電子部件產生一小電流“詢問”脈沖，此電流同時產生一磁場沿波導管內的感應線向下運行。在液位計管外有一浮子，此浮子沿側桿隨液位的變動而上下移動。由于浮子內設有一組**磁鐵，所以浮子產生一個磁場。當電流磁場與浮子磁場相遇時，即產生一個名為“導波扭曲”的脈沖，從詢問脈沖開始到返回脈沖被電子部件探測到的周期便相對于液位變動位置。在上海煉油廠小梁山液化氣球罐區中，考慮到工藝精度的要求和介質的特殊性，就使用了它作為測量液位的手段。使用至今，情況良好。該液位計的優點是測量精度高，適宜用在有毒、易燃、易爆的場所；缺點是對介質的溫度、壓力和粘度有一定的要求。目前，在液化氣儲罐測量中，它得到了很好的應用。
  　　四、雷達液位計
　　雷達液位計剛推向市場時，由于價格很高，所以沒有得到大家的認可。但隨著大家對它認識的加深，和它本身價格的下調，它已經得到了愈來愈多客戶的青睞。
　　用雷達儀表測量儲罐液位具有以下優點：
　　發射及接收天線均不與介質接觸；高頻電磁波信號易于長距離傳送，可測大量程測量不受液面上部空間氣相條件變化的影響計量級精度的雷達可用于計量。
　　雷達通過發射和接收高頻級電磁能量，并計算電磁波達到液位表面并反射回到接收天線的時間來進行液位的測量，它可以在缺少空氣（真空）或具有氣化介質的條件下傳播，并且氣體的波動變化不影響電磁波的傳播速度。目前，雷達液位儀表分三種：常規的空間傳播式交直流供電雷達液位計、新型的空間傳播式回路供電雷達液位計（二線制）和導波雷達液位計。 　　在一般工況條件下，交直流供電和二線制雷達液位計都能夠準確的得到測量值。但在特殊條件下，如測量的介質介電常數很小、液面出現波動和泡沫、有障礙物等，就需要導波雷達液位計。它的基本原理與雷達液位計一樣，稍有不同的是，它利用導波體在氣體中和在液體中的導電性能不同，從而產生一個液位發射原始脈沖，同時在探頭的頂部具有一個預先設定的阻抗，該阻抗導致一個可靠的基本脈沖發生，該脈沖稱為基線反射脈沖。導波雷達液位計檢測到液位反射原始脈沖，并與同時產生的基線反射脈沖相比較，從而計算出介質的液位高度。此外，利用高導電介質與低導電介質反射波強弱的不同，有可能測量兩種液體的界面，條件是界面下的液位介電常數應遠遠高于界面上的液體的介電常數。現在，兩線制的雷達液位計的價格與一般的液位變送器已相差無幾。
由于雷達液位計的測量技術越來越成熟，對應于各種工況條件的產品系列也越來越全，現在，在國內罐區液位測量方面，雷達液位計正以前所未有的使用優點及性能在各種工況條件下得到越來越多的應用。
 
　　作為儀表設計人員，在選用液位儀表時，要根據不同介質條件、使用需要及合理的性價比來進行儀表選型。使選用的儀表產品盡可能性能更可靠、壽命更長、精度更高、成本更低、維護量更少，適應范圍更廣。


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