从差压液位变送器等智能液位仪表在罐区仪表的选型看液位测量技术的发展

 

 
一、前言　　
　　纵观整个工业仪表的发展进程，每种新的测量技术都是为解决工业过程测量中的某些难题而发展起来的，在提高工业测量技术的水平的同时带来了相应的经济效益。
作为一名从事仪表设计工作多年的设计人员，曾参与设计过不少罐区，接触了差压液位变送器等不少的液位仪表。很有必要从技术发展的角度来谈谈自己对液位测量仪表选型的看法。本文从罐区液位仪表的设计，谈到罐区仪表的发展方向，并对现有几种常用的液位测量仪表进行了比较。
 
在七、八十年代，罐区液位测量中几乎毫无例外采用的是钢带液位计，用以解决人工测量的困难和麻烦。它由机械传动和光电取样部分组成。通过钢带的拉伸，使浮子不停地达到新的力平衡，来读取码带（码盘），从而得到液位的高度。这种测量液位的方法误差大、读码错误严重，仪表维护量大，时间长了容易造成一次检测仪表的故障，且输出的信号为码，不能直接进入计算机，限制了罐区管理自动化水平的提高和发展。随着科技的发展，这种液位计已逐步被新型的智能仪表所取代。下面谈谈储罐液位测量中，应用比较**的几种智能仪表。
 
二、单法兰液位变送器和差压液位变送器
　　单法兰液位变送器和差压液位变送器作为测量仪表，在常规罐区设计中，早已得到了很好的应用。单法兰液位变送器被用于测量常压罐，差压液位变送器则用于测量带压储罐。
　　根据流体静力学原理，无论是开口容器或是封闭容器，容器内同一液层水平面上的压力处处相等。不同液层面上的压力与液体表层（即液面）的垂直距离成正比，离液面越远，压力越大，反之，则小。
　　当液面下降到液层处（ ＝ ）时， 液层的压力р 等于储罐内的气体压力р 。当时，р＝ ρ ＋р
　　式中р ―液位液层的压力；
　　―液层面与液面之间的垂直距离；
　　ρ ―液体介质密度；
　　р ―罐内气体压力。
　　液体介质密度是较稳定的参数，生产过程中的罐内液位高度和罐内气体压力р 都是变量，为了获取仅与液位变化相关的压力р ，必须消除р 的变化对р 的影响。
　　差压法来测量液位时，是将高压室（＋）与液面相通，低压室（－）接罐顶气体，变送器高、低压室之间的隔膜受两个不同方向推力产生形变，形变程度与“＋”、“－”压室之间的压力差值有如下关系：Δ ＝ － ＝ ρ ＋ ρ ＋р － ρ ＋р＝ ρ ＋ ρ － ρ 。 　　这时，容器中的液位高度与压差Δ 为一次函数关系。在＝ 时，存在Δ ＝ ρ － ρ 。所以在实际使用中，差压法测液位往往还应考虑零位迁移。产生零位漂移，主要是因为容器内气体组分下环境温度下凝结液， 结液柱静压作用于“ ＋ ”“－”压室所致。要进行零位迁移，可以在安装时加装平衡容器。在＝ 时，当Δ 时，进行零位正迁移；当Δ 时，进行零位负迁移。迁移量为Δ ＝ ρ － ρ 。零位迁移后，必须保证：在负压侧不加测量信号时，变送器输出为；在负压侧加上全量程信号时，变送器输出为。这一点在安装过程中尤其重要，因为它直接影响到今后储罐的测量准确性。
单法兰液位变送器和差压变送器就是基于这种测量原理而发展起来的液位测量仪表。
　我曾经在上海炼油厂万吨年的汽柴油加氢项目的罐区设计中，使用过二台公司的型单法兰液位变送器，由于它测量的油品介质为单一的汽柴油，且常温、常压，所以使用至今，情况良好，未发生过任何问题。若被测介质具有腐蚀性，粘度大，易结晶液体，可考虑采用双法兰差压液位变送器。双法兰差压液位变送器由于膜片直接作用于取压侧，所以无需零点迁移，但安装位置受毛细管长度限制，还有毛细管内的隔离液易受环境温度影响，从而影响测量精度。
　　单法兰、差压液位变送器测量液位的优点是安装相对简单、便于维护、工作可靠。缺点是介质密度易受环境变化，从而影响测量精度，所以不适宜用于大型储罐和球罐。在中小型的储罐液位测量中有很**的表现。
 
 
　　三、磁致伸缩式液位计
磁致伸缩式液位计是一种比较新型的液位测量仪表。有非常高的精度，测量误差不超过％。它由二部分组成：一条外面套有浮子（内带磁性元件）的测量杆；一个位于测量杆上端的电子传感器。测量时液位计头部的电子部件产生一小电流“询问”脉冲，此电流同时产生一磁场沿波导管内的感应线向下运行。在液位计管外有一浮子，此浮子沿侧杆随液位的变动而上下移动。由于浮子内设有一组**磁铁，所以浮子产生一个磁场。当电流磁场与浮子磁场相遇时，即产生一个名为“导波扭曲”的脉冲，从询问脉冲开始到返回脉冲被电子部件探测到的周期便相对于液位变动位置。在上海炼油厂小梁山液化气球罐区中，考虑到工艺精度的要求和介质的特殊性，就使用了它作为测量液位的手段。使用至今，情况良好。该液位计的优点是测量精度高，适宜用在有毒、易燃、易爆的场所；缺点是对介质的温度、压力和粘度有一定的要求。目前，在液化气储罐测量中，它得到了很好的应用。
  　　四、雷达液位计
　　雷达液位计刚推向市场时，由于价格很高，所以没有得到大家的认可。但随着大家对它认识的加深，和它本身价格的下调，它已经得到了愈来愈多客户的青睐。
　　用雷达仪表测量储罐液位具有以下优点：
　　发射及接收天线均不与介质接触；高频电磁波信号易于长距离传送，可测大量程测量不受液面上部空间气相条件变化的影响计量级精度的雷达可用于计量。
　　雷达通过发射和接收高频级电磁能量，并计算电磁波达到液位表面并反射回到接收天线的时间来进行液位的测量，它可以在缺少空气（真空）或具有气化介质的条件下传播，并且气体的波动变化不影响电磁波的传播速度。目前，雷达液位仪表分三种：常规的空间传播式交直流供电雷达液位计、新型的空间传播式回路供电雷达液位计（二线制）和导波雷达液位计。 　　在一般工况条件下，交直流供电和二线制雷达液位计都能够准确的得到测量值。但在特殊条件下，如测量的介质介电常数很小、液面出现波动和泡沫、有障碍物等，就需要导波雷达液位计。它的基本原理与雷达液位计一样，稍有不同的是，它利用导波体在气体中和在液体中的导电性能不同，从而产生一个液位发射原始脉冲，同时在探头的顶部具有一个预先设定的阻抗，该阻抗导致一个可靠的基本脉冲发生，该脉冲称为基线反射脉冲。导波雷达液位计检测到液位反射原始脉冲，并与同时产生的基线反射脉冲相比较，从而计算出介质的液位高度。此外，利用高导电介质与低导电介质反射波强弱的不同，有可能测量两种液体的界面，条件是界面下的液位介电常数应远远高于界面上的液体的介电常数。现在，两线制的雷达液位计的价格与一般的液位变送器已相差无几。
由于雷达液位计的测量技术越来越成熟，对应于各种工况条件的产品系列也越来越全，现在，在国内罐区液位测量方面，雷达液位计正以前所未有的使用优点及性能在各种工况条件下得到越来越多的应用。
 
　　作为仪表设计人员，在选用液位仪表时，要根据不同介质条件、使用需要及合理的性价比来进行仪表选型。使选用的仪表产品尽可能性能更可靠、寿命更长、精度更高、成本更低、维护量更少，适应范围更广。


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