石化裝置罐區(qū)液位儀表的選擇和應(yīng)用

楊 力

（陜西延長石油能源化工工程有限公司，陜西 西安 710061）

0 引言

由于化工罐區(qū)存儲的化工產(chǎn)品數(shù)量大、種類多，且多為爆炸危險性介質(zhì)。罐區(qū)液位儀表可以及時反應(yīng)罐區(qū)的運行狀況，與全廠的安全息息相關(guān)。對于罐區(qū)液位儀表來說，其主要作用是完成對罐區(qū)儲罐內(nèi)液位的精確檢測與控制。根據(jù)不同工藝參數(shù)的儲罐和不同介質(zhì)的特點，選擇安全性高、穩(wěn)定性高的液位計就顯得非常必要了[1]。本文主要介紹了差壓式液位計和雷達(dá)液位計在罐區(qū)液位測量中的選擇和應(yīng)用。

1 差壓式液位計

在罐區(qū)液位測量中，差壓式液位計主要包括：單法蘭差壓液位計和雙法蘭差壓液位計。單法蘭差壓液位計主要適用于測量常壓儲罐；雙法蘭差壓液位計主要適用于測量壓力儲罐。差壓式液位計可對罐區(qū)儲罐液位進(jìn)行的精度測量，主要包括平法蘭和插入式法蘭兩種。一般介質(zhì)可選用平法蘭，對于易堵、黏稠、易結(jié)晶介質(zhì)的差壓式液位計優(yōu)先選用插入式膜片密封法蘭壓力變送器[2]。

1.1 單法蘭差壓液位計

1.1.1 單法蘭差壓液位計測量原理

1.1.2 單法蘭差壓液位計特點

單法蘭差壓液位計安裝簡單方便，安裝時僅需與設(shè)備口的根部閥連接，便于操作人員在現(xiàn)場巡查和檢修。對于常壓儲罐，單法蘭差壓液位計是最佳的液位測量儀表。由于膜片從設(shè)備法蘭口將儲罐內(nèi)的工藝液體隔離開來，可以減少工藝儲罐內(nèi)液體的泄露，同時也能減少現(xiàn)場對液位儀表的隔熱和伴熱工作。

1.1.3 單法蘭差壓液位計的選擇要求

單法蘭差壓液位計在選擇時需要注意：單法蘭差壓液位計是在介質(zhì)密度已知的情況下，ΔP=ρgH（式中ΔP 為差壓變送器測量值；ρ 為介質(zhì)密度；g 為重力加速度）差壓變送器測量值與液位高度H 成正比，如果介質(zhì)密度變化比較大的情況下，差壓液位計的測量精度會很受到很大影響。設(shè)備接口法蘭尺寸宜選擇DN50 或DN80，選擇最大直徑膜片能最大程度地發(fā)揮其性能。對于儲罐內(nèi)介質(zhì)密度變化交大的情況下，不宜選用單法蘭差壓液位計[3]。

對于易結(jié)晶或易堵介質(zhì)的儲罐，單法蘭差壓液位計宜選擇插入式膜片測量液位，插入深度不應(yīng)超過設(shè)備內(nèi)壁，設(shè)備法蘭口不應(yīng)設(shè)根部閥。選擇插入式膜片時，應(yīng)注意選擇插入式膜片的外徑必須小于設(shè)備口外伸管的內(nèi)徑，否則可能導(dǎo)致現(xiàn)場無法安裝或安裝困難。

1.1.4 單法蘭差壓液位計的應(yīng)用

單法蘭差壓液位計適用于與大氣連通的儲罐應(yīng)用，不適用于真空儲罐。單法蘭差壓液位計適用于易燃、易爆或有腐蝕性液體的常壓容器，也適用于帶攪拌器等常壓容器。由于其精度高，安裝方便，后期維護(hù)簡單，因此被普遍應(yīng)用于石油化工裝置中壓力容器的液位測量。

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1.2 雙法蘭差壓液位計

1.2.1 雙法蘭差壓液位計測量原理

雙法蘭差壓液位計是根據(jù)被測液體的壓差與壓力容器內(nèi)工藝液體高度的計算公式ΔP=ρgH。在已知密度的情況下計算得來的。由上下兩個膜片產(chǎn)生的差壓信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成4～20 mA 模擬量信號輸出傳送至控制系統(tǒng)，并在變送器液晶數(shù)字表頭顯示差壓值和液位值。

雙法蘭差壓液位變送器包括上下兩個法蘭，兩個法蘭通過毛細(xì)管與變送器連接。上部法蘭和儲罐上部氣相空間相通，下部法蘭和儲罐下部液相空間相通。上下法蘭口的壓力使其對應(yīng)的膜片產(chǎn)生變形從而推動毛細(xì)管內(nèi)的硅油，間接通過硅油將設(shè)備液相與氣相壓力口傳遞到差壓變送器本體上。

1.2.2 雙法蘭差壓液位計特點

由于設(shè)備口的壓力是通過膜片及毛細(xì)管傳遞至差壓變送器，這樣可以使設(shè)備內(nèi)的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等腐蝕性介質(zhì)與差壓變送器直接接觸。雙法蘭差壓變送器從選型上解決了由于工藝物料的結(jié)凍、冷凝等問題帶來的長期能耗及現(xiàn)場儀表伴熱維護(hù)工作量大，減少了工藝介質(zhì)的泄露。差壓變送器由于采用毛細(xì)管連接使得變送器可以靈活安裝在操作人員便于觀察，不影響通行的位置[4]。

1.2.3 雙法蘭差壓液位計的選擇要求

雙法蘭差壓液位計在選擇時需要注意：雙法蘭差壓液位計是在介質(zhì)密度已知的情況下，ΔP=ρgH 差壓變送器測量值與液位高度H 成正比，如果介質(zhì)密度變化比較大的情況下，差壓液位計的測量精度會很受到很大影響。設(shè)備氣相與液相法蘭口間距不宜大于1 m，正負(fù)壓側(cè)毛細(xì)管長度不宜超過15 m。設(shè)備接口法蘭尺寸宜選擇DN50 或DN80，選擇最大直徑膜片與具有最小內(nèi)徑的最短毛細(xì)管，能最大程度地發(fā)揮其性能。對于介質(zhì)溫度高于300 ℃或低于-40 ℃的設(shè)備，不宜選用隔膜雙法蘭差壓變送器。

對于易結(jié)晶或易堵介質(zhì)的設(shè)備，宜選擇插入式膜片測量液位，插入深度不應(yīng)超過設(shè)備內(nèi)壁，上下法蘭口均不應(yīng)設(shè)根部閥。

1.2.4 雙法蘭差壓液位計的應(yīng)用

雙法蘭差壓液位計適用于易燃、易爆或有腐蝕性液體的壓力容器，也適用于帶攪拌器等壓力容器。由于其精度高，安裝方便，后期維護(hù)簡單，因此被普遍應(yīng)用于石油化工裝置中壓力容器的液位測量[5]。

2 雷達(dá)液位計

2.1 雷達(dá)液位計原理

雷達(dá)液位計主要由電子部件、波導(dǎo)連接器、喇叭天線、法蘭等部分組成。電子部件包含：振蕩器、調(diào)制器、混頻電路、差頻放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、計算裝置、顯示單元及接線端子盒等組成。其工作原理是振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，經(jīng)線性調(diào)制電壓調(diào)制后，以等幅振蕩的型式，通過耦合器及定向通路，由喇叭天線向被測面發(fā)射，波經(jīng)液面反射回來又被喇叭天線接收，回波通過定向通路器送入混頻電路，混頻器接收到發(fā)送波和回波信號后產(chǎn)生茶品信號，這個差頻信號經(jīng)差頻放大器放大后，經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送到計算裝置進(jìn)行頻譜分析，即通過頻差和時差，計算出液位的高度，并通過顯示單元顯示液位數(shù)值。

2.2 雷達(dá)液位計的特點

雷達(dá)液位計在其他接觸性液位計難測量、無法測量或測量成本較高的情況下，如：埋地罐，工藝介質(zhì)為可燃、有毒、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的儲罐，雷達(dá)液位計更能突出其獨特的測量性能和良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

2.3 雷達(dá)液位計的選擇要求

雷達(dá)液位計在選擇時，被測儲罐的工藝條件應(yīng)滿足以下條件：

1）測量范圍在0～40 m 之內(nèi)；

2）儲罐內(nèi)的液體的操作壓力小于4 MPa；

3）操作溫度范圍在-200～+230 ℃內(nèi)；

4）儲罐內(nèi)液體的介電常數(shù)（DC）不低于1.5；

不同的雷達(dá)液位變送器有不同的頻率，其頻率可影響測量效果。測量蒸汽或泡沫時首選低頻雷達(dá)，低頻雷達(dá)的波長較長，更易于滲透泡沫、蒸汽和冷凝物。某些情況下寬波束角更易于避免干擾。雷達(dá)液位計的測量量程取決于微波頻率、天線尺寸、液體的介電常數(shù)（DC）以及過程條件，介電常數(shù)越高，反射強(qiáng)度越大。

對于儲罐內(nèi)帶加熱盤管、攪拌器等其他物體時，可能導(dǎo)致測量信號中產(chǎn)生干擾回波和噪聲。由于垂直結(jié)構(gòu)的干擾物僅僅將雷達(dá)信號散射而不直接將信號反射回天線，因此這類結(jié)構(gòu)對雷達(dá)液位計的測量干擾最小[6]。

對于儲罐液位觀測不方便或高度較高的儲罐，雷達(dá)液位變送器在選擇時，應(yīng)考慮帶液晶數(shù)字顯示的罐旁指示儀。罐旁指示儀與雷達(dá)液位變送器之間采用專用電纜連接，雷達(dá)液位變送器選擇帶兩個電氣接口的。對于罐區(qū)頂部安裝的雷達(dá)液位變送器在選擇時，應(yīng)選擇帶電涌保護(hù)器。

2.4 雷達(dá)液位計的應(yīng)用

雷達(dá)液位計適用于易燃、易爆或有腐蝕性液體的儲罐，也適用于帶攪拌器等儲罐。對于一些大容量貯存罐（立罐和球罐等），雷達(dá)液位計在其液位測量中得到了普遍應(yīng)用。

3 結(jié)語

雷達(dá)液位計與差壓式液位計已成為石化企業(yè)罐區(qū)液位測量選擇中不可缺少的液位計。這兩種液位計的應(yīng)用既滿足了現(xiàn)場人員安設(shè)簡易、便于檢修，又滿足了工藝對測量精度要求。為石油化工生產(chǎn)企業(yè)解決了液位測量難、液位測量成本高的難題。極大減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，提高了勞動效率。保障石油化工企業(yè)安全、平穩(wěn)、長周期高質(zhì)量的運行。