總結(jié)磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量重?zé)N儲(chǔ)罐液位的技術(shù)改造過程

介紹甲醇制穩(wěn)定輕烴裝置的副產(chǎn)品重?zé)N的儲(chǔ)罐液位測(cè)量儀表，從采用雷達(dá)液位計(jì)到差壓變送器直至非常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。

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(tái)固定頂儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，儲(chǔ)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/m 3 。重?zé)N儲(chǔ)罐液位設(shè)計(jì)采用一體式雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行測(cè)量，儀表的測(cè)量范圍 0 ～ 10m，精度 ±3mm，測(cè)量元件形式為喇叭口，材料為 316L，信號(hào)傳輸 4 ～20mA 兩線制。該裝置自 2014 年 8月投產(chǎn)至今，兩臺(tái)重?zé)N儲(chǔ)罐液位測(cè)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 。雷達(dá)液位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間 T 與到液面的距離 D 成正比 ，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(cè)量范圍 0 ～ 10m)作為重?zé)N儲(chǔ)罐液位測(cè)量儀表。由于裝置投產(chǎn)初期是 2014 年 8 月，氣溫相對(duì)較高，液位測(cè)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(dòng)極大，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)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(hào)的傳遞，26GHz 的雷達(dá)信號(hào)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(shí)又能夠正常測(cè)量，所以測(cè)量數(shù)據(jù)跳變嚴(yán)重，曲線波動(dòng)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(tái) 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(gè)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(cè)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(cè)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(duì)儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)罐液位的測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(gè))排出時(shí)(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(cè)量原理的本質(zhì)就是把液位測(cè)量轉(zhuǎn)變成了壓力的測(cè)量 。

   由于采用雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量重?zé)N儲(chǔ)罐液位的使用效果差，因而業(yè)主將其中一臺(tái)儲(chǔ)罐液位測(cè)量儀表改為 MLC 吹氣式液位計(jì)，其管路連接所示。經(jīng)過兩個(gè)多月的觀察，其趨勢(shì)曲線基本平穩(wěn)，測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)有 2 ～3cm 規(guī)律波動(dòng)的現(xiàn)象。

    經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析、測(cè)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(duì)其電子元件影響很大，產(chǎn)生了測(cè)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(cè)量趨勢(shì)平穩(wěn)。

    經(jīng)典的吹氣法液位測(cè)量是依據(jù)差壓式液位測(cè)量原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其輸出壓力能夠自動(dòng)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(cè)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(shí)維護(hù)量大，易損件也較多 。

3 磁致伸縮液位計(jì)

    磁致伸縮液位計(jì)的結(jié)構(gòu)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(shí)時(shí)，該電流脈沖形成的磁場(chǎng)相互作用，在磁致伸縮線上產(chǎn)生一個(gè)扭應(yīng)力波(簡(jiǎn)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(chǎng)的位置沿磁致伸縮線向兩端傳送，頂端傳感器接收到信號(hào)，計(jì)數(shù)器計(jì)算出起始脈沖與返回扭應(yīng)力波的時(shí)間間隔，從而根據(jù)時(shí)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(shí)間 t，根據(jù)時(shí)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。

   為了解決吹氣法測(cè)量精度低的問題，業(yè)主將另一臺(tái)液位測(cè)量儀表改造為 MAT 型軟纜式磁致伸縮液位計(jì)。經(jīng)過一個(gè)月的觀察發(fā)現(xiàn)，液位在上漲時(shí)會(huì)出現(xiàn)浮子卡頓現(xiàn)象，在液位下降時(shí)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(dòng)，同時(shí)浮子在導(dǎo)波纜上下浮動(dòng)時(shí)，由于浮子孔徑和體積不匹配，會(huì)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(dòng)。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(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地反映液位波動(dòng)。同時(shí)，使用時(shí)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(jiǎn)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(dòng)，如果用于新罐安裝，使用效果會(huì)更好一些。

4 結(jié)束語

    通過對(duì)重?zé)N儲(chǔ)罐液位測(cè)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(cè)量儀表，但不適用由于溫度交變易產(chǎn)生結(jié)晶的場(chǎng)合;吹氣法液位測(cè)量儀表屬于成熟經(jīng)典的測(cè)量方式，可以應(yīng)用在結(jié)晶、粘稠和液位變化不劇烈的場(chǎng)合，可以滿足過程控制的需要，但測(cè)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(cè)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(chǎng)合，是測(cè)量技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的趨勢(shì)，但投資略高。總之，每個(gè)類型的儀表都有其適合的應(yīng)用場(chǎng)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(cè)量結(jié)果。