液位计在石化罐区中的应用

宋 昊

(锦州开元石化有限责任公司，辽宁 锦州 121001)

液位计在石化罐区中的应用

宋 昊

(锦州开元石化有限责任公司，辽宁 锦州 121001)

介绍单法兰液位计、雷达液位计、伺服液位计和光导液位计的原理、特点，以及它们在石化罐区中不同储罐和不同介质中的应用。

液位计 石化储罐

在石化行业的罐区里，储罐种类繁多，包括：球罐、内浮顶罐和固定顶罐。储罐的容量大小不等。存储的介质有粘度大且流动性差的原油和渣油，有介电常数较小的液化烯烃，有腐蚀性强的酸性物质等。对于这些储罐的液位测量，常用的有法兰式液位计、雷达液位计、伺服液位计和光导液位计，笔者分别介绍各类液位计的原理、特点以及在石化罐区不同储罐和不同介质中的适用性，以获得更加准确的测量结果，保证装置的正常和安全生产。

单法兰液位计是根据液位产生的压力与液位高度成正比的原理进行液位测量的，通过压力反映液位的高度H，即H=p/ρg，其中ρ是介质密度，p为液体产生的压力。可见，液位的高度和介质的密度有关联，但密度往往随温度变化而变化，从而使液位也发生变化。表1是乙醇压力为50kPa时，在不同温度下对应的液位高度。可以看出，不同温度导致密度不同，对液位高度的测量结果影响也很大。

表1 乙醇在不同温度、相同压力下的液位高度

对于带压储罐，单法兰液位计不再适用。储罐底部的压力是罐内压力与液体产生压力之和，单法兰液位计无法区分是液位变化还是储罐内压力变化引起的液位高度变化。在这种情况下可使用双法兰液位计，在储罐顶部气相空间的位置设置一个取压口，通过上下两个取压口之间的压力差来测量液位。

单﹑双法兰液位计的价格比雷达液位计、伺服液位计和光导液位计要便宜得多，对于液位测量要求不高的储罐建议采用此类液位计。

另外，不同型号的单、双法兰液位计都适用于粘稠、易结晶、强腐蚀或剧毒性的介质。锦州开元石化有限责任公司的2 000m3的渣油常压储罐，由于工艺对液位测量精度要求不高，就使用的是插入筒式单法兰液位计，现场使用状况良好。

2 雷达液位计

雷达液位计在测量过程中雷达发射电磁波，这些波经被测对象表面反射后，被天线接收[1]。目前，雷达液位计普遍采用调频连续波(FMCW)技术，即在一定时间发射呈线性变化的频率。由于电磁波的传输速度为常数，通过测量发射某一频率和接收到该频率的时间，就可以计算出罐的液面空高距离D。设定罐高度H后，雷达液位计的内部软件就可以计算出液位的高度L=H-D。

在选择雷达液位计时，要考虑的一个参数就是介电常数。雷达液位计的测量效果会受到介质介电常数值的影响。为了便于理解介电常数，可与“电介质”联系在一起。“电介质”是电导率低的物质。电导率低，介质的绝缘性好，或者说介电常数低；电导率高的，介电常数就高，介电常数越高，雷达反射信号越强，液位计的测量效果就越好。在石化罐区，对于介质介电常数小的储罐(如烯烃)，使用雷达液位计测量液位时效果差，经常出现假液位现象。

雷达液位计的测量方式属于非接触式，不受介质的粘度、密度和腐蚀性影响。要使雷达液位计实现准确测量，良好的安装是必不可少的，安装时应该使雷达波避免照射到罐里的障碍物(如：管道、加强杆、搅拌器及物料的入口等)，如果雷达波照射到这些强反射的金属物体上，产生的回波会远比介质的回波强，对介质的测量就会出现不准的现象。为了避免液面波动或其他干扰，应在储罐里安装雷达导波管，使雷达波在导波管里传送。另外对于内浮顶罐，雷达可以通过导波管测量浮盘以下的液位。导波管制作时要求内壁光滑无毛刺，因为即使是很小的金属毛刺，对雷达波的反射都要强于介质对波的反射，会对雷达产生干扰，导致误判液面。

介质的特性也影响雷达液位计的正常使用。锦州开元石化有限责任公司的沥青中间罐，用雷达液位计测量效果就不佳。在沥青进入罐时，约200℃的沥青产生大量烟气，这类烟气对雷达的电磁波产生反射，使雷达不能正确判断液面，致使雷达液位计的测量效果不佳。此外，沥青烟气会在雷达喇叭口处凝结，日久凝结成了油状物质，而这类油状物质又很难擦除干净，影响了雷达液位计的准确测量。

3 伺服液位计

伺服液位计是基于阿基米德原理，柔软的钢丝绳缠绕在带有凹槽的测量磁鼓上，另一端悬挂浮子。液位下降时，浮子所受浮力减小，而测量钢丝上的张力增加，张力的改变立即传达到力传感器的张力丝上，使其拉紧，检震器检测到张力丝的变化，伺服控制器随即发出命令，令伺服电机带动测量鼓逆时针转动，伺服电机放下测量钢丝，浮子不断地跟踪液位下降的同时，伺服电机上的码盘计数器记录了伺服电机的转动步数，并自动计算出测量浮子的位移量，即液位的变化量。当液位上升时，这个过程相反。

由于与介质气相接触的磁鼓与步进马达之间通过磁耦合传递，所以伺服液位计外壳的耐压力决定了它能安装在多大的压力储罐上。连接浮子的钢丝绳非常细(直径小于1mm)，浮子安装在静波管里可以防止储罐进料时液面波动大而造成钢丝绳受到大的作用力而断掉。

由于储罐底部受到油压力而产生变形，会使液位计和手工检尺出现非线性误差，这个误差可以通过计算出的每米偏差量来修正，但是需要用户积累一定的数据。以恩拉福伺服液位计为例，说明误差的修正方法，储罐液位的人工检尺和伺服测量数据见表2。修正值HF=(伺服测量液位H-人工检尺液位H′)÷(伺服液位-液位转折点)。从表2可以看出，罐的偏差是从7m开始的，每米偏差量=4mm÷(14m-7m)=0.571mm。计算出的每米偏差量即为液位计的修正值。

表2 人工检尺和伺服测量数据 m

伺服液位计的测量方式属于接触式，在测量腐蚀性介质时，需要考虑浮子和钢丝绳的耐腐蚀性。当测量粘稠度较高或易结晶介质时，介质会在罐顶部凝结，使装在磁鼓上的钢丝绳粘结，钢丝绳不能下放和上升，造成液位计失灵。这类介质就不适合使用伺服液位计进行测量。

4 光导液位计

光导液位计由安装在现场的检测部分和安装在室内的数据处理器两部分组成。检测部分主要由码盘、光电开关、测量轮、盘簧和浮子构成。盘簧小轮同箱体相连，盘簧大轮和盘簧小轮之间由盘簧连接，用盘簧来调节整个浮子和码盘系统的平衡。随着液位的升降，使测量轮、码盘和浮子达到新的平衡，光电开关就会利用码盘分别输出一组上升和下降的数字脉冲信号，这个数字脉冲信号经过安装在室内的数据处理器转换并显示为液位高度。

数据处理器外形尺寸160mm×80mm×260mm，盘装安装方式，可与上位机进行RS485通信，也可以输出4～20mA标准信号。在第一次使用光导液位计时，需要对罐的液位进行人工检尺，然后在数据处理器里输入检尺的液位数，此后光导液位计测量的液位值才会与罐的实际液位一致。如果数据处理器发生断电，输入到处理器的数据就会丢失，需要再次进行人工检尺，把检尺数据输至处理器，处理器才会正常显示液位变化。

由于盘簧和测量输出部分没有隔离措施，介质的气相与检测元件直接接触，所以光导液位计只能用在介质对测量元件没有腐蚀的常压储罐中。

5 液位计的对比

表3列出了4种液位计的精度、安装、工作压力环境、测量类型与安装位置的对比。

表3 4种液位计的特点对比

6 结束语

笔者所述的4种液位计都有各自的特点、优势、适用范围和局限性。对于不同的应用场合，要根据具体的工艺状况和液位计的特点与适用性进行选型，才能使液位计发挥优势，进行相关液位的准确测量，保证装置的正常、安全生产。

[1] 吴彦红,艾宏图.雷达液位计在液化烃球罐上的应用[J].石油化工自动化,2003,39(5):65～67.

TH816

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1000-3932(2016)06-0659-03

2016-03-24(修改稿)