重烴儲罐液位測量儀表的改造應用①

李 華 秦 健 徐更新

(唐山境界實業有限公司)

重烴儲罐液位測量儀表的改造應用①

李 華 秦 健 徐更新

(唐山境界實業有限公司)

介紹甲醇制穩定輕烴裝置的副產品重烴的儲罐液位測量儀表，從采用雷達液位計到差壓變送器直至最終采用磁致伸縮液位計的技術改造過程，總結了這3類儀表的應用情況。

液位測量儀表 重烴儲罐 雷達液位計 差壓變送器 磁致伸縮液位計

某甲醇制穩定輕烴裝置的副產品主要是含C10以上的重烴餾分，為無色透明液體，芳香烴氣味。該裝置副產品重烴產品設計采用兩臺固定頂儲罐存儲，儲罐直徑11.5m，高10.0m。操作條件為：壓力近似為常壓，溫度值為77.2℃，操作密度為836.8kg/m3。重烴儲罐液位設計采用一體式雷達液位計進行測量，儀表的測量范圍0～10m，精度±3mm，測量元件形式為喇叭口，材料為316L，信號傳輸4～20mA兩線制。該裝置自2014年8月投產至今，兩臺重烴儲罐液位測量儀表進行了多次應用型改造，現就改造過程中3類儀表的應用情況進行分析總結。

1 雷達液位計

雷達液位計采用發射-反射-接收的工作模式[1]。雷達液位計的天線發射出電磁波，這些波經被測對象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發射到接收的時間T與到液面的距離D成正比[2]，即有：

D=CT/2

式中C——光速，C=299792458m/s。

按照設計提供的儀表數據表，業主選用了FMR230-14AVJAA4A型雷達液位計(工作頻率26GHz，測量范圍0～10m)作為重烴儲罐液位測量儀表。由于裝置投產初期是2014年8月，氣溫相對較高，液位測量比較正常，但是進入十月份以后晝夜溫差較大，液位顯示曲線波動極大，實際現場儀表顯示數字跳變嚴重。儀表維護人員隨后拆除儀表，發現雷達液位計喇叭口天線處有厚約5mm的結晶。分析原因是，重烴介質在夜間低溫下發生結晶，結晶體阻礙了雷達波信號的傳遞，26GHz的雷達信號不足以穿透結晶物體反饋回儀表接收模塊，而白天溫度高，結晶融化或脫落時又能夠正常測量，所以測量數據跳變嚴重，曲線波動大。

根據雷達波的反射特性，業主從其他裝置借用了一臺OPTIFLEX2200 C型導波雷達液位計(單纜2mm/316)進行試驗。安裝導波雷達后，觀察了一個月左右，發現導波鋼纜與法蘭下沿處依然有介質結晶，無法平穩地進行液位測量。

由以上分析可知，重烴介質低溫結晶的固有性質是導致雷達波測量儀表不能正常使用的直接原因。為了解決這類問題，業主對儲罐頂部的儀表法蘭接口處進行保溫處理，首先加強了電伴熱帶加保溫材料的保溫措施，但因工廠處于沿海地帶，海風較強烈，氣溫又低，這樣的措施還是不能保證介質不結晶；其次加裝了蒸汽吹掃管道，期望用蒸汽融化結晶介質，但結晶部位距離雷達液位計表頭很近，蒸汽對儀表電路部分也有影響，因而這種措施影響了儀表的使用壽命，也耗費蒸汽，使用效果并不理想。

可見，雷達反射(包括超聲波)類儀表不適合此類介質儲罐液位的測量。

2 吹氣式液位計

吹氣式液位計是非直接接觸式液位測量儀表，其工作原理為：在敞口容器中插入一根吹氣管，作為氣源的空氣經由過濾器過濾，可調減壓器(其作用是將供氣壓力減至某一恒定值，恒定壓力的大小根據被測液位高度而定)減壓，保證吹氣入口壓力恒定。潔凈空氣再經浮子流量計、恒流閥和吹氣管路吹入被測液體中，吹氣流量由浮子流量計指示，流量大小由浮子流量計上的流量調節閥設定，恒定流量的氣體從插入液體的吹氣管下端口逸出，鼓泡并通過液體排入大氣。當吹氣管下端有微量氣泡(每分鐘約150個)排出時(因氣泡微量且氣體流速較低，可忽略空氣在吹氣管中的沿程損失，這樣吹氣管內的氣壓幾乎與液位靜壓相等)，由差壓變送器指示的壓力值p即可反映液位高度h，即有：

p=ρgh

吹氣式液位計測量原理的本質就是把液位測量轉變成了壓力的測量[3]。

由于采用雷達液位計測量重烴儲罐液位的使用效果差，因而業主將其中一臺儲罐液位測量儀表改為MLC吹氣式液位計，其管路連接如圖1所示。經過兩個多月的觀察，其趨勢曲線基本平穩，測量數據基本準確。但進入12月以后，隨著夜間氣溫的驟降，出現了每天早上8點左右測量數據有2～3cm規律波動的現象。

圖1 吹氣式液位計測量管路連接示意圖

經現場分析、測試發現，儀表配套的差壓變送器系液位計廠家自產，溫差變化對其電子元件影響很大，產生了測量漂移。后由液位計廠家更換為知名大品牌差壓變送器，解決了溫差引起的儀表漂移問題，截至目前，該儀表的測量趨勢平穩。

經典的吹氣法液位測量是依據差壓式液位測量原理進行設計的，其輸出壓力能夠自動跟隨吹氣管出口壓力的變化而變化。調試該類儀表的關鍵在于壓縮空氣流量的設定、確定溢出氣泡、保證管路安裝的氣密性和差壓變送器的穩定性，由于機械結構多所以要求密封性要好。該類儀表適用于有腐蝕性、粘度較大、易結晶及高溫等介質液位的測量。缺點是精度較低(2.5%～4.0%)、調試繁瑣，并且消耗一定量的壓縮空氣，遇到停氣的情況時維護量大，易損件也較多[4]。

3 磁致伸縮液位計

磁致伸縮液位計的結構如圖2所示，在非磁性探桿內裝有磁致伸縮線，磁致伸縮線頂端連接傳感器，當電子元件發生電流詢問脈沖并開始計時時，該電流脈沖形成的磁場相互作用，在磁致伸縮線上產生一個扭應力波(簡稱返回脈沖)，該扭應力波在磁致伸縮線內的傳輸速度為恒定值，它以已知的速度從浮子固定磁場的位置沿磁致伸縮線向兩端傳送，頂端傳感器接收到信號，計數器計算出起始脈沖與返回扭應力波的時間間隔，從而根據時間間隔和已知速度計算出浮子位置。由于浮子隨液面的改變而同步變化，因此可以計算出液面的高度，即：距離S等于速度V(定值)乘以時間t，根據時間t的變化就可以計算出距離S的變化，從而得出液位值[5]。

圖2 磁致伸縮液位計結構

為了解決吹氣法測量精度低的問題，業主將另一臺液位測量儀表改造為MAT型軟纜式磁致伸縮液位計。經過一個月的觀察發現，液位在上漲時會出現浮子卡頓現象，在液位下降時則比較平穩。經分析，磁致伸縮導波軟纜重錘未在原雷達導波管內穩定固定，隨液位變化而擺動，同時浮子在導波纜上下浮動時，由于浮子孔徑和體積不匹配，會接觸到雷達導波管的內壁，造成在管內浮子卡頓現象，致使顯示液位波動。經重新計算，由廠家調整重錘重量使軟纜垂直穩定、更換浮子后，液位卡頓現象基本消除，而儀表本身的精度高、反應靈敏，因而液位的微小變化也能在顯示終端有所反映，使用精度達到±1mm。

磁致伸縮液位計克服了液體結晶對測量結果的影響，能夠實時準確地反映液位波動。同時，使用時無需更換配件，不需要額外裝置或設備支持儀表運行，使用和操作簡單方便。但由于舊罐改造，軟纜在導波管內無法穩定固定，導致軟纜輕微波動，如果用于新罐安裝，使用效果會更好一些。

4 結束語

通過對重烴儲罐液位測量儀表的使用、試驗和改造，總結得出：儀表的選型應用一定要結合介質的物理化學特性，尤其不能忽略外界環境的影響。在本應用案例中，雷達等反射波類儀表是主流物位測量儀表，但不適用由于溫度交變易產生結晶的場合；吹氣法液位測量儀表屬于成熟經典的測量方式，可以應用在結晶、粘稠和液位變化不劇烈的場合，可以滿足過程控制的需要，但測量精度不高，消耗壓縮空氣，零部件較多，有一定的維護量；磁致伸縮液位計的測量精度(±0.38mm或0.01%)和靈敏度都很高，維護量很小，有多種安裝方式，可應用于計量要求較高的場合，是測量技術發展進步的趨勢，但投資略高。總之，每個類型的儀表都有其適合的應用場合和特點，應用中還需要根據具體案例加以改造，才能得到滿意的測量結果。

[1] 董合林,王飛,楊暉.雷達物位計的應用及故障處理[J].石油化工自動化,2016,52(4):50～56.

[2] 張倍.雷達液位計原理及應用[J].科技視界,2013,(7):155～156.

[3] 何正兵,李秀英,龔有明.“吹氣法”在自控工程設計中的應用[J].石油化工自動化,2013,49(4):63～65.

[4] 張妍妍.吹氣法液位測量系統在化工裝置中的應用[J].化工自動化及儀表,2015,42(11):1266～1268.

[5] 趙芳,姜波,余向明,等.磁致伸縮效應在高精度液位測量中的應用研究[J].儀表技術與傳感器,2003,(8):44～45.

ImprovementandApplicationofLiquidLevelMeasurementInstrumentinHeavyAromaticsStorageTank

LI Hua, QIN Jian, XU Geng-xin

(TangshanStateIndustrialCo.,Ltd.)

The level measurement instrument for the heavy aromatic hydrocarbon’s storage tank was introduced, including the technological transformation of replacing the radar level meter and the differential pressure transducer with the magnetostrictive liquid level meter and their application were summarized.

liquid level measurement meter, heavy aromatics storage tank, radar level meter, differential pressure transducer, magnetostrictive liquid level meter

李華(1972-)，工程師，從事化工項目建設自動化儀表的應用、改造等工作。

聯系人徐更新(1974-)，工程師，從事化工自動化儀表的應用、改造等工作，841667106@qq.com。

TH816

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1000-3932(2017)06-0550-04

2016-09-29，

2017-03-07)