摘 要 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)液位計到差壓變送器直至#終采用磁致伸縮液位計的技術(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/m 3 。重?zé)N儲罐液位設(shè)計采用一體式雷達(dá)液位計進行測量，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)用情況進行分析總結(jié)。
1 雷達(dá)液位計
雷達(dá)液位計采用發(fā)射 － 反射 － 接收的工作模式 。雷達(dá)液位計的天線發(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 ，即有:
D = CT/2
式中 C———光速，C =299792458m/s。
按照設(shè)計提供的儀表數(shù)據(jù)表，業(yè)主選用了FMＲ230-14AVJAA4A 型雷達(dá)液位計(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，但是進入十月份以后晝夜溫差較大，液位顯示曲線波動極大，實際現(xiàn)場儀表顯示數(shù)字跳變嚴(yán)重。儀表維護人員隨后拆除儀表，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)液位計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(單纜 2mm/316)進行試驗。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行保溫處理，shou先加強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
吹氣式液位計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、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指示，流量大小由浮子流量計上的流量調(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 。
由于采用雷達(dá)液位計測量重?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，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。但進入 12 月以后，隨著夜間氣溫的驟降，出現(xiàn)了每天早上 8 點左右測量數(shù)據(jù)有 2 ～3cm 規(guī)律波動的現(xiàn)象。
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行設(shè)計的，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量大，易損件也較多 。
3 磁致伸縮液位計
磁致伸縮液位計的結(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，計數(shù)器計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 的變化就可以計算出距離 S 的變化，從而得出液位值。
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。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wuxu更換配件，不需要額外裝置或設(shè)備支持儀表運行，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，有一定的維護量;磁致伸縮液位計的測量精度( ±0． 38mm 或0． 01%)和靈敏度都很高，維護量很小，有多種安裝方式，可應(yīng)用于計量要求較高的場合，是測量技術(shù)發(fā)展進步的趨勢，但投資略高。總之，每個類型的儀表都有其適合的應(yīng)用場合和特點，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。
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