吹氣式液（物）位測量液位的探究

朱振華

【摘 要】當(dāng)測量具有腐蝕性、高粘度或含有懸浮顆拉的敞口容器液位，且準(zhǔn)確度要求不很高時(shí)，常選用吹氣式液位計(jì)。本文介紹了吹氣法的工作原理、吹氣式液位測量的原理，以及使用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】吹氣法；測量；液位

1.引言

液位是石油化工生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)之一。精確可靠地測量介質(zhì)液位，是工業(yè)生產(chǎn)的需要，也是從事儀表自動化維護(hù)工作的職責(zé)。液位又包括液位信號器和連續(xù)液位測量兩種。液位信號器是對幾個(gè)固定位置的液位進(jìn)行測量，用于液位的上、下限報(bào)警等。連續(xù)液位測量是對液位連續(xù)地進(jìn)行測量，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工、食品加工等諸多領(lǐng)域，具有非常重要的意義。

2.吹氣法的工作原理

吹氣法的工作原理，見圖2-1所示。圖中：1-過濾器；2-減壓閥；3-節(jié)流元件；4-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；5-變送器。因吹氣管內(nèi)壓力近似等于液柱的靜壓力，故P=ρgH。式中，ρ-液體密度；H-液位。故由靜壓力P即可測量液位H。吹氣法適用于測量腐蝕性強(qiáng)、有懸濁物的液體，主要應(yīng)用在測量精度要求不高的場合。

對于精度要求不高的場所，而且工藝條件很苛刻的場所，如高粘度，高腐蝕性的流量、液位，可用吹氣法測量。

3.吹氣式液（物）位測量的組成與使用方法

3.1組成原理

（1）吹氣式物位測量是利用臨界壓縮比恒流原理，即：在氣體處在臨界壓縮比或超臨界壓縮比時(shí)，氣體通過節(jié)流元件時(shí)流量呈最大。如果下游管路阻力發(fā)生變化，流量也不再變化，即處于恒流狀態(tài)。若忽略氣體在管道中流動時(shí)的壓降，則在下游管道的壓力與插入管口被測介質(zhì)的壓力相等，可以用管道壓力表示被測液柱的壓力。

（2）吹氣式液位計(jì)由節(jié)流元件、測壓儀表、止回閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、過濾器、減壓閥、導(dǎo)壓管和插入管等組成。另外還需要0.4～0.7MPa的氣源（空氣、氮?dú)?、二氧化碳等）?/p>

圖3-1 吹氣式液位測量系統(tǒng)

3.2使用說明

①節(jié)流元件的孔徑可以利用標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算公式計(jì)算得到，但多數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對于一般粘度不大，無固體顆粒的液體，孔徑可取φ0.7或φ0.8mm，流速為0.5～1.0m/s；對于粘度較大，有固體顆粒的液體，孔徑可取φ1.0或φ1.2mm，流速為1.0～3.5m/s；②反吹點(diǎn)應(yīng)靠近取壓點(diǎn)安裝；③在測量含有固體顆粒的液位時(shí)，節(jié)流元件應(yīng)安裝在從上向下流的垂直管道上；④壓力變送器（差壓變送器）要安裝在取壓點(diǎn)的水平高度或取壓點(diǎn)上方；⑤轉(zhuǎn)子流量計(jì)根據(jù)現(xiàn)場情況，有時(shí)可以省掉。

吹氣式液位計(jì)正常工作時(shí)，氣體流ht應(yīng)取一個(gè)合適的數(shù)值。一般以在最高液位時(shí)仍有氣泡逸出為宜。流量過大，則流經(jīng)導(dǎo)管的壓降變大，會引起測量的誤差；流量過小，又會造成較大的滯后。為此，在管路中安裝浮子流量計(jì)用以觀察流量的大小，安裝節(jié)流閥控制流址。

式中：H1—儀表測量的液位高度m；H0—插入管口距容器底部的高度m；H—液位的實(shí)際高度m；ρ—被測液體的密度kg/m3；p—液柱的壓力Pa；g—重力加速度；

3.4應(yīng)用范圍

除了能測量潔凈液體的液位外，特別適于有腐蝕性的酸堿鹽液體、有毒性的液體、有放射性液體、粘度較大液體、易于結(jié)晶液體、含有固體顆粒液體的液位以及一些流化床料位的測量。吹氣法并不意味著只能用空氣吹，可以是任何氣體。從理論上講，吹氣管路內(nèi)的氣體流量越小越好，即流速越低越好，這樣氣體在管路中的壓降越低，變送器的測量點(diǎn)與吹氣點(diǎn)的壓力越接近。實(shí)際應(yīng)用中對雙路吹氣只要兩路的吹氣流量相同，盡管兩個(gè)管路的長度不同，近似認(rèn)為壓降相同。

4.吹氣法精確測量原油罐液位的實(shí)例

如，已知1萬立方的原油罐，直徑為20m、高度16m，所貯油品的密度ρ=960kg/m3；測壓儀表為壓力變送器，當(dāng)時(shí)輸出為滿量程的75%（儀表量程是0～160MPa），插入管口距罐底為0.5m。見下圖4-1：

圖4-1 吹氣法精確測量原油罐液位

在采用吹氣法精確測量液位高度時(shí)，必須考慮在吹氣管道中空氣密度對測量液位高度的影響。由于其影響的大小隨液位變化而變化，因此它產(chǎn)生的誤差是不能忽略的。但是如果吹氣口與壓力變送器在同一水平線上，管內(nèi)壓縮空氣的密度變化是一致的，測量不會受影響。液位高度計(jì)算如下：

5.結(jié)束語

總之，吹氣法精確測量液位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，最適合于具有腐蝕性、高貓度、含有懸浮顆粒液體的液位測量。不適于密閉容器的液位測量，如果不得已用于密閉容器，則要求容器上部有通氣孔。它的缺點(diǎn)是需要?dú)庠?，而且只能適用于靜壓不高、準(zhǔn)確度要求不高的場合。若將壓縮空氣改為氮?dú)饣蚨趸細(xì)怏w，則可測量易燃、易氧化液體的液位。但是，也應(yīng)該看到，用吹氣法測量液位主要在要求不高、控制不嚴(yán)、精度不高的場合使用。從原理上講就是靜壓測量，誤差大，耗儀表空氣不節(jié)能，維護(hù)量較大。

參考文獻(xiàn)：

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[2]董合林.吹氣法在真空測量中的應(yīng)用研究[J]，化工自動化及儀表，2010年07期