液氨储罐液位测量仪表的应用比较

吴文瑞

（甘肃金昌化学工业集团有限公司，甘肃 金昌 737100）

目前，化工液氨储罐液位的测量主要有雷达液位计、磁翻板液位计、双法兰差压液位计及超声波液位计等。由于液氨本身具有易燃、易爆、有毒的特性，因此，对液氨储罐液位测量仪表的选型、安装及调试显得非常重要。下面对三种液位计的选型应用作以比较分析。

1 液氨储罐常用液位计检测原理

1.1 缆式导波雷达液位检测

以Levelflex FMP51为例，该液位计是基于TOF（行程时间）原理的“俯视式”测量系统。对参考点至液氨表面间的距离进行测量。高频脉冲信号被发射至探头，并沿探头传播。脉冲信号在液氨表面发生反射，反射信号被仪表接收，并被转换成物位信息。此测量方法即为TDR法（时域反射法），其测量参考点至液氨表面间距离（D）与脉冲信号的运行时间（t）成比例关系：D＝c·t／2，其中，c为光速。如图1所示。空标高度（E）已知时，液位（L）的计算公式如下：L＝E－D。

1.2 磁翻板液位检测

以UHZ侧装磁翻板为例，其设计依据是磁性原理和浮子定律。液位计通过法兰与液氨储罐相连，当被测容器中的液位升降时，翻板液位计腔体中的双色柱状磁性浮子通过磁场影响随之升降，此时液位计面板双色柱状浮子的交界处即为液氨储罐内的实际液位。

图1 缆式导波雷达液位计测量示意图

1.3 差压变送器液位检测

根据流体静力学原理对液氨储罐液位进行检测。如图2所示。以固定高度H0的液层为例，如果液面高度不变，则H0液层的压力也不变，当液面升高时，随着H0液层与液面之间的距离h增大，该液层的压力也随之增大。

当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据流体静力学原理，有：

式中：P＋——变送器正压室的压力；

h——H0液相取压口与液面之间的垂直距离；

ρ——液体介质密度；

g——重力加速度；

P气——储罐内气体压力。

图2 差压式液位计测量原理图

差压法检测液位，是将差压变送器的高压室（＋）接口与H0液层面相连通，低压室接口（－）与罐顶气体空间相连通。通过高低压室膜盒产生形变的程度与“＋”、“－”压室之间的压力差值（即ΔP＝P＋－P－）测得差压。由式（1）和（2）可知：

由式（3）可知，差压式液位计所感受到的压差与液面高度h有关，从而消除掉气体压力P气对检测结果的影响，通常将这种消除干扰因素影响的作用称为补偿作用。

2 液位仪表安装维护应注意的问题

2.1 缆式导波雷达液位计

合理安装能确保仪表长期可靠而精确的测量。导波雷达液位计在安装时要避开液氨进口，以免产生虚假反射；传感器不要安装在液氨储罐的中心处（否则传感器收到的虚假回波会增强），也不能距离液氨储罐壁很近。容器壁与缆式探头间的距离，光滑金属壁：大于50mm（2″）；缆式探头末端与容器底间的安装距离大于150mm（6in）；允许安装短管的直径≤150mm（6in），较大直径的安装短管会降低仪表的近距离测量能力；使用悬空安装的缆式探头时（探头末端未固定在容器底部），在整个测量过程中，缆式探头与容器内部装置间的距离不得小于300mm（12″）。但是，只要介质的介电常数（DC）不小于1.8，探头配重块和容器底部的偶尔接触不会对测量造成影响。氨水：介电常数（DC（εr））＞7。但缆式探头的偏置量／零点受安装位置的影响，可能会增大±12mm。在调试过程中，输入修正（“物位修正”参数）可以对附加偏置量或零点进行修正。

2.2 磁翻板液位计

1）必须按要求安装，便于观测和检修；周围不能有导磁物质接近，否则将无法正常工作；伴热温度要根据介质情况而确定。

2）液氨储罐液位测量气液相开孔连接跨度大，因此液位计的安装需要加装中间连接法兰，同时需做好固定支撑。

3）仪表调试时必须用磁钢校正器在面板上先将双色（一般为红白两色）磁柱设置成白色，然后打开气相截止阀，最后打开液相截止阀，观察液位是否正常。当液位上升时磁柱由白色变为红色，液位下降时磁柱由红色变为白色。

4）不定期的清洗腔体，以免使磁浮子不能正常工作。

2.3 差压变送器

差压变送器的安装对其高度有一定的要求，通常不应高于被测容器液位取压接口的下接口标高。安装位置应易于维护，便于观察，且靠近取压部件的位置。若选用双法兰式差压变送器测量液位，变送器安装位置只受毛细管长度的限制。毛细管的弯曲半径应大于50mm，且应对毛细管采取保护和绝热措施。

如果液氨储罐安装的位置比较高，将差压变送器“＋”压室接口与容器下法兰中心处于同一标高安装，有可能不便于安装、维护和观察，应把差压变送器安装位置向下移，移至便于安装、观测和维护的高度。由于安装标高的改变，ΔP（＝P＋－P－）将影响到差压式仪表的输出值。此时，若液面至容器下法兰（即液相取压口）高度h＝0时，ΔP＞0即存在正迁移，需调整正迁移机构；当h＝0时，ΔP＜0即存在负迁移，需调整负迁移机构。使差压式仪表的示值为零示值或零示值所对应的的标准输出值（4mA DC）。

差压液位计应垂直安装，保持“＋”、“－”压室标高一致。

液氨为低沸点介质，在环境温度下极易汽化，为了输出信号和示值的稳定性，最好选用双法兰差压变送器进行测量。

3 液位仪表使用效果的比较

我公司200m3液氨球罐上装有一台SK－DTZ5V4－LDPYY－Y0双法兰差压液位计（量程：－62.04～20.79kPa）、一台磁翻板液位计和一台玻璃板式液位计。磁翻板液位计由于其腔体未能定期检修使磁柱颜色不变，因而无法检测；另一台双法兰差压液位计运行稳定，但测量值同玻璃板式液位计显示有误差。2014年4月仪表人员抽样比测记录数据，见表1所示。因老式玻璃板式液位计没有详细刻度，该数据为粗略目视值。

表1 双法兰液位计与玻璃板液位计使用抽样比测

另外，2012年新建20万t／a合成氨系统2 000 m3液氨球罐上安装有一台Levelflex FMP51缆式导波雷达液位计（位号：LT1201A）和一台磁翻板液位计，该信号均引入DCS显示。在开始安装调试过程中发现雷达液位计与磁翻板液位计显示不一致，经检查发现导波雷达液位计取样管原始高度不正确，经重新调整并对其相关参数进行设定后测量显示一致。长期稳定运行，给工艺控制提供了准确数据，满足了工艺要求，有效地保障了设备和人身安全。2014年4月仪表人员抽样比测记录数据，见表2所示。

表2 导波雷达液位计与磁翻板液位计使用抽样比测

缆式导波雷达液位计在一年多的运行过程中，与磁翻板液位计测量比较完全一致，性能稳定，没有出现任何故障，是理想的液氨储罐液位测量仪表。仪表通过4～20mA DC电流信号隔离输出，送至中央控制室DCS显示。

通过以上案例分析，几种液位检测仪表在液氨储罐上的应用各有不同的使用效果，现将其性能指标归纳如下，供设计选型及仪表维护人员参考。

表3 几种液位仪表性能比较一览表

4 液位仪表的故障分析及处理

在化工生产过程中，仪表检测和控制经常会出现测量不准或无法工作的现象。下面是自己工作中经常遇到的一些问题及处理方法，与大家共同探讨交流，以帮助仪表维护人员拓展思路，分析和判断故障原因。

表4 导波雷达液位计故障现象及处理

表5 磁翻板液位计故障现象及处理

表6 双法兰液位计故障现象及处理

5 结 语

测量技术发展到现在，已出现许多成熟可靠的液位测量仪表，并以不同的特性在不同条件的液位测量中发挥着重要作用。液氨储罐液位测量中通常还有外置超声波液位计，该仪表属完全非接触式测量，可用于苛刻环境，测量稳定、可靠，安装方便，便于维护；其缺点是对介质要求高，罐底长期沉积物对测量会产生不利影响，如不满足条件，则应有措施保证定期清除罐底沉积物。以上几种仪表在液氨储罐上进行液位测量各有其特点，仪表技术人员在设计选型时，应根据具体情况从质量、价位、维护等方面综合考虑，选择具有安装可靠、运行稳定、测量准确、维护方便的检测仪表，给工艺操作和控制提供准确依据。

［1］ 乐嘉谦.仪表工手册［M］.北京：化学工业出版社，2007

［2］ 陈洪全，岳智.仪表工程施工手册［M］.北京：化学工业出版社，2006

［3］ E＋H公司.Levelflex FMP51导波雷达液位计操作手册［M］.2007

［4］ 陈仕钦.关于导波雷达液位仪测量的应用［J］.湖北电力，2007（10）：47－48