化工設(shè)備常用液位計選型及優(yōu)化方案

劉旭皓

摘要：化工生產(chǎn)中，設(shè)備、儲槽廣泛使用液位計用于過程控制及產(chǎn)品儲存的監(jiān)控。液位計選型合適與否，影響著過程控制的精確及液位儀表的壽命。本文介紹過程控制中常用的幾種液位計，通過幾種典型工況的分析，總結(jié)了應(yīng)對相應(yīng)工況條件下使用液位計的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：液位計;劇毒腐蝕性介質(zhì);大槽;大型高溫反應(yīng)釜

化工生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要測量容器中的介質(zhì)液位高低，用于庫存計算、過程控制、監(jiān)控等功能，而實現(xiàn)這些功能所采用的儀表，就是液位計。液位計根據(jù)其工作原理，可分為雷達液位計、雙法蘭差壓液位計、磁翻板液位計等。隨著科學技術(shù)發(fā)展日新月異，液位計的選型也有了更多的發(fā)展變化和選擇。本文我們以幾個常規(guī)液位計使用經(jīng)驗為例，來分析和討論幾個典型工況下液位計選型的優(yōu)化方案。

1、帶壓高槽的液位計選型優(yōu)化與應(yīng)用

通常，在化工企業(yè)產(chǎn)品罐區(qū)大槽（10米甚至更高），除了常規(guī)磁翻板液位計用于現(xiàn)場就地液位顯示外，還需要使用液位變送器將檢測的液位信號傳送至DCS進行監(jiān)控。常壓儲槽我們一般可以選擇雷達液位計等形式用于液位檢測，帶壓儲槽我們可考慮使用雙法蘭差壓液位計、雷達、伺服液位計等形式液位計用于液位檢測。

從成本來說，伺服液位計、雷達液位計成本相對較高，站在公司運營成本等方面，常規(guī)考慮會選配雙法蘭差壓液位計（下稱雙法蘭液位計）作為帶壓大槽液位測量儀表。雙法蘭液位計從結(jié)構(gòu)上來說，傳統(tǒng)設(shè)計為兩側(cè)取壓法蘭均配毛細管連接，作為大槽液位測量，作為變送器的表頭又要安裝在適合觀察的高度位置，雙邊毛細管往往需要做到10米甚至更長。

以某某公司罐區(qū)大槽為例，該槽高度約15米，液位計下法蘭高度離地3米，投用初期使用雙邊均為近18米長的毛細管，安裝后正壓側(cè)（下法蘭）毛細管因為過長，需要被盤成大捆掛在一邊，現(xiàn)場目視感較差。同時單邊毛細管過長也造成成本上的浪費。

經(jīng)過投產(chǎn)后長時間使用，該槽液位計出現(xiàn)測量偏移，根據(jù)量程、遷移量計算，無法做到準確測量液位。該公司儀表技術(shù)人員到場拆檢發(fā)現(xiàn)，法蘭膜片凹陷無無彈性，判斷應(yīng)該是因使用時間較長，外部溫度等環(huán)境條件惡劣等因素，造成毛細管內(nèi)填充液缺失。借此機會，儀表技術(shù)人員選用新型電子遠傳差壓液位計作為替代。電子遠傳差壓液位計，與傳統(tǒng)液位計不同的地方，是取消毛細管的設(shè)計，正壓側(cè)取壓儀表與負壓側(cè)取壓儀表通過電纜連接，將測量的壓力信號處理轉(zhuǎn)換成差壓信號，變送至DCS進行液位監(jiān)控測量。該形式液位計優(yōu)點在于取消毛細管設(shè)計，從而避免了外部環(huán)境因素對毛細管填充液的影響，提高了液位計使用壽命;同時沒有毛細管的設(shè)計，現(xiàn)場不存在毛細管懸掛、盤卷問題，目視化管理提升。對于儀表成本來說，僅相對有所少量提升。當然，一般生產(chǎn)裝置中小型儲槽、罐的液位計，也可考慮選用單邊毛細管的結(jié)構(gòu)設(shè)計，正壓側(cè)法蘭直連變送器，負壓側(cè)法蘭通過毛細管與正壓側(cè)變送器連接，減少正壓側(cè)毛細管，可相對降低成本、提高儀表響應(yīng)速度，也是不錯的優(yōu)化選擇。

2、劇毒腐蝕性介質(zhì)儲槽的液位計選型優(yōu)化與應(yīng)用

以某公司液氯大槽為例。由于液氯自身的腐蝕、劇毒性質(zhì)，該公司選擇襯塑桿式導(dǎo)波雷達液位計作為該鹽酸槽液位檢測使用。儲槽投用初期，液位檢測能夠正常使用。隨著使用時間加長，DCS崗位頻繁向儀表人員反映導(dǎo)波雷達液位計指示液位波動頻繁、虛假液位等故障情況。儀表技術(shù)人員趁儲槽隔離清理機會，到場拆下導(dǎo)波雷達液位計，發(fā)現(xiàn)襯里內(nèi)的導(dǎo)波桿有腐蝕、斷裂情況，襯里部分位置（法蘭密封面處較明顯）鼓包翻起，襯里內(nèi)有液狀介質(zhì)殘留。液位基本指示在襯里內(nèi)殘液聚集位置。

專業(yè)技術(shù)人員分析出現(xiàn)這種情況的原因，判斷操作工況下，液氯為低溫液態(tài)儲存，在儲存交出清理過程中充壓泄壓頻繁，造成襯里損壞及介質(zhì)滲透。因該儲槽為重大危險源監(jiān)控區(qū)域，介質(zhì)劇毒，導(dǎo)波雷達無根閥隔離，平時無法順利交出檢修。為保證液氯儲槽液位的正常監(jiān)控，該公司專業(yè)技術(shù)人員參考現(xiàn)場使用工況、評估風險，考慮選用非接觸型液位計進行液氯液位測量。

非接觸型液位計一般可選擇超聲波液位計、雷達液位計、核輻射液位計等類型，經(jīng)過該公司儀表專業(yè)人員評估，選擇了聲納式外測液位計用于該儲槽的液位檢測。某某公司的聲納式外測液位計，是利用聲納測距原理，測量探頭安裝在容器外壁上，通過探頭發(fā)射和接收聲納信號，穿透容器壁在介質(zhì)中形成回波，實現(xiàn)測距，通過利用“微振動分析”技術(shù)從容器外測量液位的儀表，因為其貼壁安裝，無需設(shè)備開孔、不用法蘭，不接觸罐內(nèi)液體或氣體介質(zhì)，可以實現(xiàn)在線安裝、維護，是一種完全非接觸隔離式儀表。通過設(shè)定測量液位的測量起始高度、液位總高、設(shè)備直徑、壁厚、盲區(qū)等參數(shù)，實現(xiàn)液位的非接觸式測量。

通過更換優(yōu)化液位計選型，目前該公司液氯儲槽液位測量基本能夠做到免維護;液位計停用維護無需設(shè)備交出，避免了劇毒介質(zhì)的泄漏風險。需要注意的是，外測聲納液位計測量與設(shè)備內(nèi)介質(zhì)潔凈程度有一定關(guān)系，因該公司液氯介質(zhì)較臟，儲槽在一定時間后，槽底會有一定程度的酸泥狀雜質(zhì)積累，造成聲納波信號的衰減，影響測量精度。在這種情況下，可通過調(diào)整盲區(qū)參數(shù)和起始液位高度，即可簡單的排除測量偏差問題，從而降低了維護工作量和維護風險。

3、帶壓容器雙法蘭液位計故障后應(yīng)急處理措施。

某公司一中間儲罐，設(shè)計使用雙法蘭差壓液位計作為液位測量儀表。某一時期，因液位計故障，且無備件表更換，生產(chǎn)崗位無法做到液位監(jiān)控。該公司儀表技術(shù)人員根據(jù)雙法蘭差壓液位計的工作原理，結(jié)合該中間儲罐的操作工況，提出了使用法蘭式壓力變送器作為臨時替代儀表，用于液位測量的方案。方案中，該中間槽頂有安裝壓力變送器作為儲槽壓力監(jiān)測，該儲槽頂氣相壓力穩(wěn)定，通過原液位計下法蘭安裝壓力變送器，將檢測的壓力數(shù)據(jù)變送至DCS，在DCS中增加運算模塊，將該壓力信號與槽頂壓力信號相減，與滿液位產(chǎn)生的壓力相除，即可得知儲槽液位的百分比數(shù)據(jù)。如以下公式：

P正=P氣+P液實

P負=P氣

L%=（P正-P負）/P液*100%

P正——液位計下法蘭測量的壓力值

P負——儲槽氣相壓力值

P液實——儲槽實際液位產(chǎn)生的壓力，即ρgh（h為實際液位）

P液——儲槽最大液位產(chǎn)生的壓力，即ρgH（H為最大液位）

通過該方案，某公司生產(chǎn)崗位成功渡過了備件液位計采購周期，保證了生產(chǎn)控制的穩(wěn)定。需要注意的是，若儲槽氣相壓力波動頻繁，該方案有較大使用缺陷。因為方案中，液位測量通過2臺壓力變送器測量數(shù)據(jù)做運算實現(xiàn)，兩臺液位計信號處理時間周期不一定同步，若氣相壓力波動頻繁，可能會出現(xiàn)DCS液位顯示趨勢的頻繁波動，不利于生產(chǎn)過程控制。

4、結(jié)束語

科學技術(shù)日新月異，過程儀表的技術(shù)也在隨著科技進步，在不斷更新完善中?；どa(chǎn)活動中，自控儀表作為其核心，也需要伴隨著世代的更新，而不能故步自封。作為儀表人，我們應(yīng)該更多的掌握、了解前沿的儀表技術(shù)，分析原理，將之應(yīng)用于生產(chǎn)之中，更好地提高生產(chǎn)自動化程度，為企業(yè)產(chǎn)生更高的價值。