外測式雷達液位計在化工設計中的應用


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摘 要 :在化工設計中,液位儀表的作用非常重要,但常規液位計因為受自身測量原理影響,大多需與工藝介質接觸,在一些高壓、高黏、結晶、自聚場合存在局限性。外測液位計采用聲納原理,安裝于罐體外壁,與工藝介質實現了隔離,是一種先進且前途廣泛的新型液位計。對外測液位計的原理、結構進行了介紹,并與其他類型液位計進行了比較,zui后對設計過程中,外測液位計選型應該注意的問題進行了探討。

    石油化工裝置工藝復雜,多高溫高壓,易燃易爆,安全問題不容忽視。液位儀表,可以隨時反映出裝置的運轉狀況,與整個工廠的安全息息相關。液位計形式多樣,選用一臺合適的液位計至關重要,在一些高粘、結晶等場合,傳統接觸式液位計經常發生卡球、掛纜、泄漏、波動、虛假液位等現象,為解決這些問題,外測液位計應運而生。

    1 幾種常用的遠傳液位計

    常規液位計中,差壓式液位變送器、雷達液位計、磁致伸縮液位計、浮筒液位計等應用較為廣泛,但它們因受自身測量原理影響,都存著一定的不足。

    1.1 差壓式液位變送器

    雙法蘭(或單法蘭)差壓式變送器是利用罐內液位改變時,液位產生的靜壓也隨之變化的原理工作的。

    優點 :穩定性好,性價比高,不受罐內件影響。

    缺點 :需接觸介質,受密度影響大,在毛細管過長時存在滯后。

    1.2 雷達液位計

   雷達液位計分非接觸式雷達和導波雷達兩種,原理是液位計向液面發射高頻雷達脈沖(導波雷達沿鋼纜、探棒),然后測量發射波和回波的時差,從而計算出液面高度。

    導波雷達優點 :不受溫度、蒸汽、粉塵、泡沫等的影響。

    缺點:以接觸介質,對介電常數有要求,鋼纜、探棒易掛料,鋼纜可能脫落。

    非接觸式雷達優點 :不接觸介質。

    缺點 :對介電常數有要求,不適合汽化、帶泡沫介質,對安裝位置、法蘭高度有限制。

    1.3 磁致伸縮和浮筒液位計

    磁致伸縮液位計原理是利用發送器發送低電流脈沖信號,沿磁致伸縮線向下傳輸,產生環形磁場,當磁場遇到浮球時,和浮球內磁場產生扭應力脈沖,被接收器接收,根據脈沖發出到接收的時間差,計算出液位高度。

    浮筒液位計是基于浮力原理,扭力管受到浮筒所產生的扭力矩時轉過一個角度,變送器把這個角度轉換成4~20mA 信號,與被測量的液位成正比。

    優點 :精度高,可用于短間距。

    缺點 :接觸介質,不適合黏稠介質,浮球易卡死,不能用于小密度,維修費用高。

    以上是在化工設計中常見的一些液位計,可以看到,除非接觸式雷達不與工藝介質有直接接觸外,其它液位計都與工藝介質接觸,且所有液位計都需在設備上開安裝孔。這些因素,使液位計在某些苛刻工況下選型十分困難。

    2 外測液位計的原理和組成

    2.1 外測液位計的原理

    外測液位計是一種利用聲納測距原理,并采用微振動分析技術,從容器外測量液位的新型液位儀表。聲納測距原理 :由吸附在儲罐底部的液位探頭發射聲波,穿透罐壁并在液體內傳播,當聲波到達液面時,會被反射一部分形成回波,回波信號到達罐底,穿透罐壁,被液位探頭接收,并傳至液位計主機內。根據發射和接收到回波的時間差,計算出液位高度。

    微振動分析技術 :實際生產中工況復雜,罐型不同 ;罐內有內件、盤管 ;工藝介質黏稠、含雜質 ;溫度變化等。這些因素會產生很多干擾信號,讓液位探頭接收到的回波信號變復雜,微振動分析技術會自動判斷正確的液位信號,很好地解決回波干擾問題。

    自動校準功能 :當液體的溫度、成分發生變化時,會對聲納信號在液體里的傳播速度產生影響,帶來測量誤差。為確保儀表測量精度,可在容器內加裝校準器,用校準探頭測量校準器內液柱的長度(校準器長1m),得到聲納在液體里的實際傳播速度,在液位計主機內對液位的測量結果進行補償修正,消除液體溫度和成分變化對測量精度的影響。

    2.2 外測液位計的組成

    外測液位計由液位探頭、校準探頭和液位計主機三部分組成,針對不同場合,還可設置校準器、轉向器、探頭安裝座、儀表保護箱等組件。

    液位探頭直接吸附在罐底的外壁上,負責發出聲納和接收回波。

    校準探頭在罐體外壁的安裝形式同液位探頭。

    轉向器一般用于罐底無法安裝液位探頭的工況,將液位探頭安裝在罐體側面,再通過轉向器將聲波反射到液面。液位計主機安裝在被測容器旁,將檢測信號進行接收、分析和計算后,轉變成4~20mA 標準模擬量信號,傳輸 DCS 進行集中顯示,也可提供 MODBUS、TCP 等通訊方式。

    3 外測液位計的優勢和不足

    3.1 外測液位計的優勢

    (1)可不接觸容器內的介質,實現隔離,安全性高,適合各種惡劣工況、危險環境,不會出現磨損、腐蝕等情況,可靠耐用,維護工作量小。

    (2)無需在容器上開孔,解決了在線安裝、調試問題,安裝方便,實施簡單,很適合在在線改造項目中應用。

    (3)自動實時在線校準,測量精度高,減少調校工作量,降低人工成本。

    (4)測量范圍寬,可達30m ;測量精度高,可達 ±0.1%。

    (5)適用于油罐車、化學液體運輸車輛的液位連續測量,無需對罐車進行改造。

    3.2 外測液位計的不足

    (1)不能測固體物料、漿料、乳濁液、懸濁液等介質,也不能用于嚴重沉積和結晶液體。

    (2)介質動力黏度不能大于30mPa · s,介質溫度不能超過 -40~220℃。

    (3)容器底部存在300mm 盲區。

    (4)當容器壁為多層材料時,層間需緊密接觸,無氣泡或氣體夾層。容器的內外壁表面需平整,且弧度不能過大。

    (5)不宜用在容器內有攪拌、隔板的場合。

4 外側液位計的選型和應用

在設計工作中,根據每個項目不同,做出合理、優化的

外測液位計選型方案。從投產應用的情況來看,效果很好。

    4.1 丁二烯

    在某橡膠項目中,需對球罐中的丁二烯進行液位測量,丁二烯易自聚產生高分子聚合物,普通液位儀表選用受限較大。根據《罐區自動化系統設計規定》要求“每座壓力儲罐應配備兩套獨立且不同類型的液位測量儀表”,本項目若選用常規接觸式液位計,丁二烯在檢測口死角處自聚的可能性非常大,所以液位計選型優先考慮非接觸式。zui終,在罐頂設置了一套非接觸式雷達液位計,在罐底設置了一套外測液位計。

    經現場應用后,外測液位計測量準確,效果很好。

    4.2 液氨

    在某液氨球罐設計中,外測液位計也有良好的應用。儲罐內的液氨是一種無色、有刺激性氣味的有毒液體,具有一定的腐蝕性。因液氨密度受溫度影響較大,差壓式液位計在本項目中不適用,zui終選用外測液位計進行檢測。

    4.3 高壓儲罐

    在某高壓加氫裝置中,因高壓儲罐上原液位計參數不穩,業主想新增一臺液位計與之比對。但該高壓容器現場安裝空間狹小,不具備重新開口條件,后經協商,決定采用一臺外測液位計,既避免了裝置停車動火帶來的經濟損失,又杜絕了壓力容器新增泄漏點的安全隱患,安裝簡單、準確可靠,可謂一舉三得。

    4.4 其他

    外測液位計在一些介電常數較低,如液化氣(介電常數<1.9)或液面含有大量氣泡等雷達液位計不宜使用的場合,可以很好地替代雷達液位計 ;在一些強腐蝕的酸堿儲罐,如液氯儲罐等,外測液位計也大有用武之地。外測液位計常見可用介質包括液氯、液化氣、液氨、乙烯、丁二烯、汽油、柴油、苯、液溴、鹽酸、堿液、******、甲醇、氯乙烯、氫氟酸、乙二醇、丙烷、石腦油、環氧乙烷、二甲醚。

    5 結束語

    外測液位計因其可在線安裝、調試,無需在容器上開孔作業,與工藝介質完全隔離等特點,用途非常廣泛,特別在易燃易爆、劇毒、腐蝕性強、黏稠、高壓、無菌等場合優勢尤為突出。隨著人們對環境保護意識的日漸加強和對人身安全的逐漸重視,在經濟迅猛發展的當代,這種非接觸型的外測液位計以其安全性高,維護量小的優勢,將會越來越受到人們的歡迎,成為液位檢測儀表家族中的佼佼者。


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