液位计常见故障分析及处理

石二静

（灵石县中煤九鑫焦化有限责任公司， 山西 晋中 031307）

0 引言

石油化工领域的测量工作以接触式的测量仪器为主，而原油中含有的杂质及其他成分会在一定程度上污染测量仪器，或造成仪器的腐蚀，从而影响仪器的性能及测量精度。随着雷达液位计被开发，非接触式测量就成了石油化工领域的主流测量方法。相比传统测量仪器，雷达液位计是靠雷达发出的声波进行测量，因而能够免受泡沫、烟雾、蒸汽及其他介质的影响，并表现出高水准的测量精度。但原油的成分及测量环境依然具有很高的复杂程度，其生产过程更使得测量环境整体上并不理想，因此雷达液位计也常出现各种各样的故障，这就意味着相关工作人员必须进行液位计常见故障的分析及处理工作，来保证生产作业正常进行。

1 测量原理

雷达液位计的测量工作主要依靠雷达声波技术手段实现，其原理是对声波技术的应用。液位计在设计时采用了一体化的设计概念，由于整个液位计中不存在传动装置，因此能够最大限度避免机械磨损影响性能的情况，具有较长的使用寿命。且声波的特征意味着液位计能用于几乎所有液体的测量（应用过程中声波遭遇的各种介质都会产生足够的反射波），非接触式的测量方式也意味着液位计不会受到液体物理特性的影响，因而不需要再考虑测量液体浓度及密度对测量精度造成的影响[1]。最后，这种液位计的测量区间最大可达到0～35 m，即使是高温、高压状态下的液体也能够有效测量。

液位计的测量完全依靠微波实现，其上装置了用于发生微波的高频振荡器，由振荡器散发出的微波在经辐射天线的引导之后可向固定方向发射（石油化工行业通常向下发射），以光速扩散的微波在遭遇液体上表面之后会被吸收一部分，而另外一部分微波则会被反射，遭反射回的这部分微波会被液位计上的接收装置检测到。通常在计算发射及接收时间后对照微波的传递速度可计算出微波发射位置与液面的距离，进而实现液位的精准测量，但也有为确保精度应用其他参数关系测量的案例，液位计工作原理图如图1 所示。

以第一种测量方式为例，应用这种测量方式的液位计一般具有固定的发射频率，通过智能化信号处理器测量液位高度，其测量公式为：

式中：t 为脉冲时间；c 为光速，取300 000 km/s；d 为液位计与被测液体表面的距离。

在这种情况下的液位计算公式为：

式中：l 为液位；e 为罐体总高度。

但部分情况下微波会出现虚假反射，此时则可应用微处理技术或最新的测量软件（以ECHOFOX 较为多见）精准分析反射回的微波。

除了这一常见测量方式，其他测量方式中以测量发射波与反射波在频率上的差别较为多见，得出的频率差可经过某种方法换算成电信号，该电信号通常与被测液体表面存在某种比例关系[2]。在这种情况下应用的液位计在发射频率上并不固定，具备一定的可调节功能，但应用时会有较大的使用难度。最后，液位计同样可以用于空仓测试。

2 液位计测量精度影响因素

尽管液位计具有较高的测量精度，但出现某些情况时其测量精度同样会受到影响。与传统液位计不同，这种液位计在测量过程中会将罐体纳入测量范围，也就是说罐体本身及原油内的其他障碍物同样会反射微波，进而对测量结果形成一定的干扰，其影响因素通常包括以下几方面内容。

1）液位计本身的影响因素：仪表内部、天线连接处、安装短管处存在的阻抗跃变；仪表零部件出现故障；

2）罐体的影响因素：罐内障碍物的微波反射、罐璧及罐顶或罐底形成的多次反射；

3）微波本身的状态：微波因导波管内壁平整程度及直径出现的行程时间变化；

4）液体状态：液体处于不平静状态或表面有杂物时对微波形成的干扰（主要以液面在搅拌过程中、液面出现湍流或液面有泡沫漂浮较为多见）；

5）环境因素：冷凝水同样会在天气寒冷时影响微波反射状态。

3 液位计常见故障分析与处理策略

3.1 测量结果存在误差

某些情况下在应用液位计测量罐内液位高度时，在经其他测量方法验证后发现测量结果存在明显误差，液位实际高度与测量结果出现数10 cm 的差距。导致这种情况出现的一种可能，是包括罐体、罐高等基础参数的设置存在偏差；另一种可能则是液位计的状态不正常。

解决方法是寻求罐体工艺人员的技术支持，重新获取罐体参数并核对，核对完确认无误之后再次设置正确的罐体高度。如果依然出现有误差存在的情况，就检查液位计的状态[3]。某些情况下液位计天线上存在因冷凝现象出现的水珠，在这种时候就需要将液位计断电，拆下液位计上的微波发射头并进行清理，待发射头完全干燥之后装上，重新启动液位计来观察指数是否正常。

3.2 测量值出现明显波动

在应用液位计测量油位高度的时候，偶尔会出现测量值不稳定（在一个小范围区间内反复跳动）的情况，这与企业油品的状态有很大关系。经大量调查发现，如果油田接卸的油品长期存在黏度较大的情况，那么在原油液位下降（抽走原油之后）后导波管内会出现非常明显的挂壁现象（液体涂挂于导波管内壁，难以在重力作用下脱离）。这部分凝聚在导波管内壁的液体会在微波发射过程中形成干扰波，进而影响到液位计的测量效果。还有另一种情况是因油品的油气导致，油品在伴热过程中会出现大量蒸腾的油气，而这种油气中含有难以查明的多种杂质，其中部分有腐蚀性的杂质会影响到导波管，在油气得不到及时且充分排除的情况下，导波管会受到强烈的腐蚀并滋生铁锈，从而影响到微波的发射，导致测量值出现波动的情况出现。

解决方法是在测量过程中注意观察微波的状态，如果微波中出现的杂波强度较低，则可视情况适当调高雷达的感应下限，以使液位计能够有效屏蔽杂波；如果杂波表现出的强度较高，就需要在之后进油时增加伴热的强度和时间，通过充分伴热的策略加速挂壁油污的融化，清除因导波管内油污造成的干扰。

3.3 测量值锁定

测量值锁定的故障原因通常在导波管遭到障碍物强干扰的情况下出现，此时因障碍物产生的回波具有比较高的强度（微波遭遇这种障碍物会产生强烈反射），查看回波强度时往往会发现一个比较大的数值。这种障碍在液位计安装测试过程中较为频繁出现。

解决方法是检查液位计的安装状态，对于导波管、延长杆这种微波经过的区域更需要仔细检查。在未发现有障碍物但仍存在测量值锁定（强干扰）的情况下，则需要将检测到的回波注册为虚假回波，之后障碍物所造成的干扰回波会被忽略；另外还需要检查液位计电子模块的运行状态，一旦发现电子模块运行状态异常，则需要联系维修人员及时进行检修更换。在最初安装液位计的时候，应严格遵循一系列安装事项，确保液位计垂直向下安装，安装时还应确保电缆入口的连接电缆向下以排走冷凝水，并保证微波发射天线与测量介质表面有5 cm 以上的距离，安装位置上应尽可能选择罐体半径的一半左右，严禁安装在容器正中上方位置，且应当保持传感器与罐璧之间有一定的距离。

3.4 液位过低时测量精度下降

某些情况下测量时会获得明显的干扰波，或是出现无法测量的情况，这种情况一般在油品低液位测量或是罐底过程中发生。导致这种情况出现的原因是微波在发射出去之后穿过油品，经罐底反射而上；罐体在底部呈凹型设计或是锥形设计同样会出现这种情况（微波无法接触到油品表面而是直接接触罐底），解决方法是换用其他的液位计量方式。

部分时候在进油工艺操作过程中会因为高温产生蒸汽，而微波在触及蒸汽时会形成漫反射，进而导致无法测量的情况出现。这种情况的解决方法是待进油工艺完全完成后，等到温度下降罐内水蒸气冷凝或是散尽之后再进行测量。

4 结语

本文只是给出了雷达液位计较常见的故障及解决方式，实则这种液位计最早出现之后主要应用在军工领域，时至今日已经历经了多年的发展，拥有了较为成熟的技术体系，仪器在性能上已经获得大幅提升，同时测量精度也达到了一个非常高的水准，运行过程中的稳定性同样获得了可靠保障。依靠液位计本身高测量精度、免接触测量方式等各方面优势，这一设备在石油化工行业中的应用依然有着非常良好的前景。