重?zé)N儲罐液位測量儀表的改造應(yīng)用①

李 華 秦 健 徐更新

(唐山境界實(shí)業(yè)有限公司)

重?zé)N儲罐液位測量儀表的改造應(yīng)用①

李 華 秦 健 徐更新

(唐山境界實(shí)業(yè)有限公司)

介紹甲醇制穩(wěn)定輕烴裝置的副產(chǎn)品重?zé)N的儲罐液位測量儀表，從采用雷達(dá)液位計(jì)到差壓變送器直至最終采用磁致伸縮液位計(jì)的技術(shù)改造過程，總結(jié)了這3類儀表的應(yīng)用情況。

液位測量儀表 重?zé)N儲罐 雷達(dá)液位計(jì) 差壓變送器 磁致伸縮液位計(jì)

某甲醇制穩(wěn)定輕烴裝置的副產(chǎn)品主要是含C10以上的重?zé)N餾分，為無色透明液體，芳香烴氣味。該裝置副產(chǎn)品重?zé)N產(chǎn)品設(shè)計(jì)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?zé)N儲罐液位設(shè)計(jì)采用一體式雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)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(chǎn)至今，兩臺重?zé)N儲罐液位測量儀表進(jìn)行了多次應(yīng)用型改造，現(xiàn)就改造過程中3類儀表的應(yīng)用情況進(jìn)行分析總結(jié)。

1 雷達(dá)液位計(jì)

雷達(dá)液位計(jì)采用發(fā)射-反射-接收的工作模式[1]。雷達(dá)液位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測對象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)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(shè)計(jì)提供的儀表數(shù)據(jù)表，業(yè)主選用了FMR230-14AVJAA4A型雷達(dá)液位計(jì)(工作頻率26GHz，測量范圍0～10m)作為重?zé)N儲罐液位測量儀表。由于裝置投產(chǎn)初期是2014年8月，氣溫相對較高，液位測量比較正常，但是進(jìn)入十月份以后晝夜溫差較大，液位顯示曲線波動極大，實(shí)際現(xiàn)場儀表顯示數(shù)字跳變嚴(yán)重。儀表維護(hù)人員隨后拆除儀表，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)液位計(jì)喇叭口天線處有厚約5mm的結(jié)晶。分析原因是，重?zé)N介質(zhì)在夜間低溫下發(fā)生結(jié)晶，結(jié)晶體阻礙了雷達(dá)波信號的傳遞，26GHz的雷達(dá)信號不足以穿透結(jié)晶物體反饋回儀表接收模塊，而白天溫度高，結(jié)晶融化或脫落時又能夠正常測量，所以測量數(shù)據(jù)跳變嚴(yán)重，曲線波動大。

根據(jù)雷達(dá)波的反射特性，業(yè)主從其他裝置借用了一臺OPTIFLEX2200 C型導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)(單纜2mm/316)進(jìn)行試驗(yàn)。安裝導(dǎo)波雷達(dá)后，觀察了一個月左右，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)波鋼纜與法蘭下沿處依然有介質(zhì)結(jié)晶，無法平穩(wěn)地進(jìn)行液位測量。

由以上分析可知，重?zé)N介質(zhì)低溫結(jié)晶的固有性質(zhì)是導(dǎo)致雷達(dá)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(yè)主對儲罐頂部的儀表法蘭接口處進(jìn)行保溫處理，首先加強(qiáng)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(fēng)較強(qiáng)烈，氣溫又低，這樣的措施還是不能保證介質(zhì)不結(jié)晶；其次加裝了蒸汽吹掃管道，期望用蒸汽融化結(jié)晶介質(zhì)，但結(jié)晶部位距離雷達(dá)液位計(jì)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(fèi)蒸汽，使用效果并不理想。

可見，雷達(dá)反射(包括超聲波)類儀表不適合此類介質(zhì)儲罐液位的測量。

2 吹氣式液位計(jì)

吹氣式液位計(jì)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(jīng)由過濾器過濾，可調(diào)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(jù)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(jīng)浮子流量計(jì)、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(jì)指示，流量大小由浮子流量計(jì)上的流量調(diào)節(jié)閥設(shè)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(dāng)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(nèi)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(jì)測量原理的本質(zhì)就是把液位測量轉(zhuǎn)變成了壓力的測量[3]。

由于采用雷達(dá)液位計(jì)測量重?zé)N儲罐液位的使用效果差，因而業(yè)主將其中一臺儲罐液位測量儀表改為MLC吹氣式液位計(jì)，其管路連接如圖1所示。經(jīng)過兩個多月的觀察，其趨勢曲線基本平穩(wěn)，測量數(shù)據(jù)基本準(zhǔn)確。但進(jìn)入12月以后，隨著夜間氣溫的驟降，出現(xiàn)了每天早上8點(diǎn)左右測量數(shù)據(jù)有2～3cm規(guī)律波動的現(xiàn)象。

圖1 吹氣式液位計(jì)測量管路連接示意圖

經(jīng)現(xiàn)場分析、測試發(fā)現(xiàn)，儀表配套的差壓變送器系液位計(jì)廠家自產(chǎn)，溫差變化對其電子元件影響很大，產(chǎn)生了測量漂移。后由液位計(jì)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(wěn)。

經(jīng)典的吹氣法液位測量是依據(jù)差壓式液位測量原理進(jìn)行設(shè)計(jì)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(diào)試該類儀表的關(guān)鍵在于壓縮空氣流量的設(shè)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(wěn)定性，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jié)晶及高溫等介質(zhì)液位的測量。缺點(diǎn)是精度較低(2.5%～4.0%)、調(diào)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(hù)量大，易損件也較多[4]。

3 磁致伸縮液位計(jì)

磁致伸縮液位計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，在非磁性探桿內(nèi)裝有磁致伸縮線，磁致伸縮線頂端連接傳感器，當(dāng)電子元件發(fā)生電流詢問脈沖并開始計(jì)時時，該電流脈沖形成的磁場相互作用，在磁致伸縮線上產(chǎn)生一個扭應(yīng)力波(簡稱返回脈沖)，該扭應(yīng)力波在磁致伸縮線內(nèi)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(jì)數(shù)器計(jì)算出起始脈沖與返回扭應(yīng)力波的時間間隔，從而根據(jù)時間間隔和已知速度計(jì)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(jì)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(jù)時間t的變化就可以計(jì)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(jì)結(jié)構(gòu)

為了解決吹氣法測量精度低的問題，業(yè)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(jì)。經(jīng)過一個月的觀察發(fā)現(xiàn)，液位在上漲時會出現(xiàn)浮子卡頓現(xiàn)象，在液位下降時則比較平穩(wěn)。經(jīng)分析，磁致伸縮導(dǎo)波軟纜重錘未在原雷達(dá)導(dǎo)波管內(nèi)穩(wěn)定固定，隨液位變化而擺動，同時浮子在導(dǎo)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(dá)導(dǎo)波管的內(nèi)壁，造成在管內(nèi)浮子卡頓現(xiàn)象，致使顯示液位波動。經(jīng)重新計(jì)算，由廠家調(diào)整重錘重量使軟纜垂直穩(wěn)定、更換浮子后，液位卡頓現(xiàn)象基本消除，而儀表本身的精度高、反應(yīng)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(dá)到±1mm。

磁致伸縮液位計(jì)克服了液體結(jié)晶對測量結(jié)果的影響，能夠?qū)崟r準(zhǔn)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(shè)備支持儀表運(yùn)行，使用和操作簡單方便。但由于舊罐改造，軟纜在導(dǎo)波管內(nèi)無法穩(wěn)定固定，導(dǎo)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(jié)束語

通過對重?zé)N儲罐液位測量儀表的使用、試驗(yàn)和改造，總結(jié)得出：儀表的選型應(yīng)用一定要結(jié)合介質(zhì)的物理化學(xué)特性，尤其不能忽略外界環(huán)境的影響。在本應(yīng)用案例中，雷達(dá)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(chǎn)生結(jié)晶的場合；吹氣法液位測量儀表屬于成熟經(jīng)典的測量方式，可以應(yīng)用在結(jié)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(hù)量；磁致伸縮液位計(jì)的測量精度(±0.38mm或0.01%)和靈敏度都很高，維護(hù)量很小，有多種安裝方式，可應(yīng)用于計(jì)量要求較高的場合，是測量技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的趨勢，但投資略高?？傊總€類型的儀表都有其適合的應(yīng)用場合和特點(diǎn)，應(yīng)用中還需要根據(jù)具體案例加以改造，才能得到滿意的測量結(jié)果。

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

[2] 張倍.雷達(dá)液位計(jì)原理及應(yīng)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(shè)計(jì)中的應(yīng)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(tǒng)在化工裝置中的應(yīng)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(yīng)在高精度液位測量中的應(yīng)用研究[J].儀表技術(shù)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(xiàng)目建設(shè)自動化儀表的應(yīng)用、改造等工作。

聯(lián)系人徐更新(1974-)，工程師，從事化工自動化儀表的應(yīng)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)