浅析浮筒液位计测量产生误差的原因及相应的处理方法

　　 基于浮力原理而生产的液位计有很多种类型，如浮筒液位计，磁翻板液位计，浮球液位计，本文这里所讲的浮筒液位计是一种静压变浮力式仪表，测量精度高、性能可靠、长期稳定性好、使用方便，可用于生产过程中的液位、界位及密度的测量和控制，在石油化工领域得到了越来越**的应用。但是在使用过程中，不可避免的会存在各种因素引起的误差，它对仪表及生产过程的稳定性和精确度都会产生负面影响。文章简要阐述了浮筒液位计的测量原理，结合实际应用对其测量误差的来源作了较详细的分析，针对各种误差的特性，指出了它们的影响方式、范围及程度，并提出相应的消除或抑制方法。
　　1 测量原理
　　浮筒式液位计应用阿基米德浮力定律——浸在液体（或气体）里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力，公式为：F浮=G排=ρ液×g×V排。
　　1.1 以Fisher浮筒液位计为代表的位移平衡式液位计
　　此类液位计由浮筒室、浮筒（内筒）、扭力管系统及显示单元等部分组成，液位变化引起浮力变化作用到与扭力管连接的浮筒上，由扭力管系统将浮筒的位移变化转化为霍尔电势的变化，再经相应的显示单元进行显示。


　　1.2 以浮筒液位计为代表的带差动变压器式液位计
　　此类液位计将扭力管系统更换为LVDT，即线性可变差动变压器，液位变化引起浮力变化作用到量程弹簧悬挂的浮筒上，从而并带动LVDT的检测芯做线性垂直运动，产生感应电压，再经相应的显示单元进行显示。
　　1.3 力平衡式浮筒液位计
　　由于力平衡式浮筒液位计与单元组合仪表配合使用，所以随着单元组合仪表逐渐被新型智能仪表代替，其应用越来越少，本文不做详细介绍。
　　2 误差来源分析及处理方法
　　2.1 浮筒液位计的精度等级及误差限
　　仪表的精度等级按大允许引用误差划分，浮筒液位计的常见精度等级有：0.5级、1.0级、1.5级和2.5级，对应基本误差限为±0.5%、±1.0%、±1.5% 和 ±2.5%。
　　2.2 浮筒液位计设备本身原因造成的误差
　　2.2.1 传感系统
　　浮筒液位计传感系统包括浮筒（内筒）及浮筒室，对于同种型号的浮筒液位计，不同量程的浮筒所受的大浮力基本是一个定值。浮筒长度、外径和壁厚之间的关系如下：
　　式中D-浮筒外径；d-浮筒内径；L-浮筒长度。
　　可见浮筒长度、内径、外径和壁厚的变化都会影响液位计的正常使用，产生误差。消除此类误差好的方法是在设计时根据工艺条件选择合适的型号，安装之前仔细检查，认真做好单校工作，保证仪表大基本误差在规定范围之内。
　　2.2.2 变送系统
　　2.3 测量及控制回路中其他环节造成的误差：
　　2.3.1 信号线路的耦合干扰
　　信号在传输过程中很容量受到干扰，导致所传输的信号发生畸变或失真，比如：传输线周围空间电磁场对传输线的电磁感应干扰、通过线间分布电容和互感而形成的线间干扰等。
　　2.3.2 接地系统干扰
　　当多条仪表回路公用一个接地点时，若接地电阻过大或产生浮空地都会对信号产生干扰。
　　2.4 生产过程中误差分析
　　2.4.1 浮筒脱落
　　由公式F=G筒-F浮，可知扭力管所受扭力F=0，此时浮筒液位计指示为大，与实际严重不符。
　　2.4.2 浮筒破裂
　　浮筒破裂时，F浮逐渐减小，则由F=G筒-F浮可知扭力管所受扭力逐渐增大，浮筒液位计指示逐渐减小，终指示小。需要及时修复或更换浮筒。
　　2.4.3 杂质附着于浮筒上
　　在加氢裂化装置冷高分界位一般设计为两台浮筒液位计，轻组分为冷高分油，重组分为含硫污水，但由于介质中含硫固体微粒杂质较多，很容易附着在浮筒上，由F浮=G排=ρ液×g×V排可知：
　　ρ杂>ρ液时，G杂>G排，扭力F=G筒-F浮将增大，浮筒指示偏小；
　　ρ杂=ρ液时，G杂=G排，扭力F=G筒-F浮将不变，浮筒指示不变；
　　ρ杂<ρ液时，G杂　　此时，如果未及时对杂质加以清理，一段时间以后浮筒将出现挂壁现象，浮筒示值不变或表现为间歇性的跳变，无法正常工作。
　　解决此类问题，需要做到以下几点：
　　a.加保温伴热系统，伴热好选用蒸汽伴热，要全面（包括扭力管处）；b.浮筒添加上下排污阀，并引入密闭排放系统（高压，含H2S），方便排放；c.每隔一段时间进行一次冲洗排污操作，并用蒸汽吹扫，要求仪表与工艺人员紧密配合，做好防护工作；d.加强巡检，做好该部位的日常检查工作。
　　2.4.4 介质密度发生变化
　　正常生产过程中，更换流程等操作可能会导致工艺介质发生变化，如一台测量介质密度为0.7g/cm3的浮筒液位计，在某操作条件下介质密度变化为0.8g/cm3时，由于仪表默认ρ1gh1=ρ2gh2，则：h2=h1*ρ1/ρ2，测量误差为：δ=（h2-h1）/h1*****=12.5%，可见密度的变化将造成较大的误差。
　　解决此类问题时，应由相关负责人员确认后方能对浮筒液位计重新标定。
　　2.4.5 连接部位不牢固
　　由于浮筒液位计结构较为复杂，要求精度较高，在安装及使用过程中应保证相关连接部位的完好。
　　2.4.6 扭力管心轴弯曲
　　扭力管心轴弯曲时，仪表上下行程的回差严重超标。此时应视情况更换扭力管。
　　2.4.7 工作现场震动
　　当浮筒液位计工作现场有较强烈的震动时，将会导致指示跳变影响仪表使用。应在设计时充分考虑现场使用情况，选择合适的型号，做好相应抗震措施。如长期震动较大时，应将相应电路板及微处理器更换为耐震型。
　　3 结束语
　　本文简要介绍了浮筒液位计的测量原理，并以Fisher浮筒液位计和MAGNETROL浮筒液位计两种常见的典型液位计为例进行了具体说明。提出了浮筒液位计在测量过程中的误差来源，并做了详细分析，有针对性的提出了解决方法。其中有许多现场维护工作中遇到的典型问题，均提出了解决方案。

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