液位計在石化罐區中的應用

宋 昊

(錦州開元石化有限責任公司，遼寧 錦州 121001)

液位計在石化罐區中的應用

宋 昊

(錦州開元石化有限責任公司，遼寧 錦州 121001)

介紹單法蘭液位計、雷達液位計、伺服液位計和光導液位計的原理、特點，以及它們在石化罐區中不同儲罐和不同介質中的應用。

液位計 石化儲罐

在石化行業的罐區里，儲罐種類繁多，包括：球罐、內浮頂罐和固定頂罐。儲罐的容量大小不等。存儲的介質有粘度大且流動性差的原油和渣油，有介電常數較小的液化烯烴，有腐蝕性強的酸性物質等。對于這些儲罐的液位測量，常用的有法蘭式液位計、雷達液位計、伺服液位計和光導液位計，筆者分別介紹各類液位計的原理、特點以及在石化罐區不同儲罐和不同介質中的適用性，以獲得更加準確的測量結果，保證裝置的正常和安全生產。

單法蘭液位計是根據液位產生的壓力與液位高度成正比的原理進行液位測量的，通過壓力反映液位的高度H，即H=p/ρg，其中ρ是介質密度，p為液體產生的壓力。可見，液位的高度和介質的密度有關聯，但密度往往隨溫度變化而變化，從而使液位也發生變化。表1是乙醇壓力為50kPa時，在不同溫度下對應的液位高度。可以看出，不同溫度導致密度不同，對液位高度的測量結果影響也很大。

表1 乙醇在不同溫度、相同壓力下的液位高度

對于帶壓儲罐，單法蘭液位計不再適用。儲罐底部的壓力是罐內壓力與液體產生壓力之和，單法蘭液位計無法區分是液位變化還是儲罐內壓力變化引起的液位高度變化。在這種情況下可使用雙法蘭液位計，在儲罐頂部氣相空間的位置設置一個取壓口，通過上下兩個取壓口之間的壓力差來測量液位。

單﹑雙法蘭液位計的價格比雷達液位計、伺服液位計和光導液位計要便宜得多，對于液位測量要求不高的儲罐建議采用此類液位計。

另外，不同型號的單、雙法蘭液位計都適用于粘稠、易結晶、強腐蝕或劇毒性的介質。錦州開元石化有限責任公司的2 000m3的渣油常壓儲罐，由于工藝對液位測量精度要求不高，就使用的是插入筒式單法蘭液位計，現場使用狀況良好。

2 雷達液位計

雷達液位計在測量過程中雷達發射電磁波，這些波經被測對象表面反射后，被天線接收[1]。目前，雷達液位計普遍采用調頻連續波(FMCW)技術，即在一定時間發射呈線性變化的頻率。由于電磁波的傳輸速度為常數，通過測量發射某一頻率和接收到該頻率的時間，就可以計算出罐的液面空高距離D。設定罐高度H后，雷達液位計的內部軟件就可以計算出液位的高度L=H-D。

在選擇雷達液位計時，要考慮的一個參數就是介電常數。雷達液位計的測量效果會受到介質介電常數值的影響。為了便于理解介電常數，可與“電介質”聯系在一起。“電介質”是電導率低的物質。電導率低，介質的絕緣性好，或者說介電常數低；電導率高的，介電常數就高，介電常數越高，雷達反射信號越強，液位計的測量效果就越好。在石化罐區，對于介質介電常數小的儲罐(如烯烴)，使用雷達液位計測量液位時效果差，經常出現假液位現象。

雷達液位計的測量方式屬于非接觸式，不受介質的粘度、密度和腐蝕性影響。要使雷達液位計實現準確測量，良好的安裝是必不可少的，安裝時應該使雷達波避免照射到罐里的障礙物(如：管道、加強桿、攪拌器及物料的入口等)，如果雷達波照射到這些強反射的金屬物體上，產生的回波會遠比介質的回波強，對介質的測量就會出現不準的現象。為了避免液面波動或其他干擾，應在儲罐里安裝雷達導波管，使雷達波在導波管里傳送。另外對于內浮頂罐，雷達可以通過導波管測量浮盤以下的液位。導波管制作時要求內壁光滑無毛刺，因為即使是很小的金屬毛刺，對雷達波的反射都要強于介質對波的反射，會對雷達產生干擾，導致誤判液面。

介質的特性也影響雷達液位計的正常使用。錦州開元石化有限責任公司的瀝青中間罐，用雷達液位計測量效果就不佳。在瀝青進入罐時，約200℃的瀝青產生大量煙氣，這類煙氣對雷達的電磁波產生反射，使雷達不能正確判斷液面，致使雷達液位計的測量效果不佳。此外，瀝青煙氣會在雷達喇叭口處凝結，日久凝結成了油狀物質，而這類油狀物質又很難擦除干凈，影響了雷達液位計的準確測量。

3 伺服液位計

伺服液位計是基于阿基米德原理，柔軟的鋼絲繩纏繞在帶有凹槽的測量磁鼓上，另一端懸掛浮子。液位下降時，浮子所受浮力減小，而測量鋼絲上的張力增加，張力的改變立即傳達到力傳感器的張力絲上，使其拉緊，檢震器檢測到張力絲的變化，伺服控制器隨即發出命令，令伺服電機帶動測量鼓逆時針轉動，伺服電機放下測量鋼絲，浮子不斷地跟蹤液位下降的同時，伺服電機上的碼盤計數器記錄了伺服電機的轉動步數，并自動計算出測量浮子的位移量，即液位的變化量。當液位上升時，這個過程相反。

由于與介質氣相接觸的磁鼓與步進馬達之間通過磁耦合傳遞，所以伺服液位計外殼的耐壓力決定了它能安裝在多大的壓力儲罐上。連接浮子的鋼絲繩非常細(直徑小于1mm)，浮子安裝在靜波管里可以防止儲罐進料時液面波動大而造成鋼絲繩受到大的作用力而斷掉。

由于儲罐底部受到油壓力而產生變形，會使液位計和手工檢尺出現非線性誤差，這個誤差可以通過計算出的每米偏差量來修正，但是需要用戶積累一定的數據。以恩拉福伺服液位計為例，說明誤差的修正方法，儲罐液位的人工檢尺和伺服測量數據見表2。修正值HF=(伺服測量液位H-人工檢尺液位H′)÷(伺服液位-液位轉折點)。從表2可以看出，罐的偏差是從7m開始的，每米偏差量=4mm÷(14m-7m)=0.571mm。計算出的每米偏差量即為液位計的修正值。

表2 人工檢尺和伺服測量數據 m

伺服液位計的測量方式屬于接觸式，在測量腐蝕性介質時，需要考慮浮子和鋼絲繩的耐腐蝕性。當測量粘稠度較高或易結晶介質時，介質會在罐頂部凝結，使裝在磁鼓上的鋼絲繩粘結，鋼絲繩不能下放和上升，造成液位計失靈。這類介質就不適合使用伺服液位計進行測量。

4 光導液位計

光導液位計由安裝在現場的檢測部分和安裝在室內的數據處理器兩部分組成。檢測部分主要由碼盤、光電開關、測量輪、盤簧和浮子構成。盤簧小輪同箱體相連，盤簧大輪和盤簧小輪之間由盤簧連接，用盤簧來調節整個浮子和碼盤系統的平衡。隨著液位的升降，使測量輪、碼盤和浮子達到新的平衡，光電開關就會利用碼盤分別輸出一組上升和下降的數字脈沖信號，這個數字脈沖信號經過安裝在室內的數據處理器轉換并顯示為液位高度。

數據處理器外形尺寸160mm×80mm×260mm，盤裝安裝方式，可與上位機進行RS485通信，也可以輸出4～20mA標準信號。在第一次使用光導液位計時，需要對罐的液位進行人工檢尺，然后在數據處理器里輸入檢尺的液位數，此后光導液位計測量的液位值才會與罐的實際液位一致。如果數據處理器發生斷電，輸入到處理器的數據就會丟失，需要再次進行人工檢尺，把檢尺數據輸至處理器，處理器才會正常顯示液位變化。

由于盤簧和測量輸出部分沒有隔離措施，介質的氣相與檢測元件直接接觸，所以光導液位計只能用在介質對測量元件沒有腐蝕的常壓儲罐中。

5 液位計的對比

表3列出了4種液位計的精度、安裝、工作壓力環境、測量類型與安裝位置的對比。

表3 4種液位計的特點對比

6 結束語

筆者所述的4種液位計都有各自的特點、優勢、適用范圍和局限性。對于不同的應用場合，要根據具體的工藝狀況和液位計的特點與適用性進行選型，才能使液位計發揮優勢，進行相關液位的準確測量，保證裝置的正常、安全生產。

[1] 吳彥紅,艾宏圖.雷達液位計在液化烴球罐上的應用[J].石油化工自動化,2003,39(5):65～67.

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1000-3932(2016)06-0659-03

2016-03-24(修改稿)