储运系统液位计的选择.doc

储运系统液位计的选择1测量原理油品储罐的液位测量仪表种类较多，精度不一。从测量技术上看，有差压式、机械式、浮子钢带式、电容式、电位差式、阻抗式等。液位计的型式有雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计、钢带液位计、单双法兰液位变送器、电容式物位计、投入式液位计等。下面将对前4种液位计进行简单叙述。1.1雷达液位计雷达液位计为非接触测量，没有移动部件，采用反射一发射一接收的工作模式。靠雷达天线发射电磁波测量液位。雷达液位计测量分为脉冲型和调频连续波型。脉冲测量原理：液位计天线向液面发送脉冲微波，频率约6GHz，持续时间约0.8ns，然后暂停278ns。这个脉冲微波以光速在空间传播，碰到被测介质表面，其部分能量被反射回来，被天线接收，发射脉冲与接收脉冲的时间间隔与天线到被测介质表面的距离成正比。发射脉冲与接收脉冲的时间间隔非常小，一般采用时间拓展技术，并采用多次测量求平均的方法求得最后结果。这种测量技术决定了其测量精度一般为510mm。调频连续波测量原理：液位计天线向液面发射约为10GHz的微波信号，微波信号连续地改变频率。当微波信号向下传播到液体表面而又返回天线时，与此时正在发射的微波信号混合。被发射信号的频率在与回波信号相遇后向下传播到液体表面并再返回所用时间已稍有变化。当被发射的与被接收的信号混合时，其结果是产生一个正比于天线至液体表面的低频信号。根据这一信号计算出天线至液体表面的位置。调频连续波测量技术可提供高精度的液位测量，精度低于1mm。1.2伺服液位计 伺服液位测量是基于浮力平衡的原理，如图1所不。. r& r9 y- t* T* N R. _* U图1由微伺服电机驱动体积较小的浮子，使其精确地测出液体液位。测量浮子通过测量钢丝被悬挂在仪表外壳内，测量钢丝缠绕在精密加工过的轮鼓上。由磁耦力矩驱动轮鼓，轮鼓与电气部分被仪表外壳完全隔离。外磁铁固定在轮鼓内，并与固定在驱动电机上的内磁铁耦合在一起。当内磁铁旋转，通过磁耦力矩的作用，引起外磁铁旋转，从而使轮鼓整体转动。浮子作用在钢丝上的重力在外磁铁上产生力矩，从而引起磁通量的变化。轮鼓组件间的磁通量变化通过内磁铁上的电磁传感器进行检测。驱动电机驱动轮鼓，使得磁通量变化引起的电压与操作命令给出的参考电压相等，当浮子下降接触液面时，受浮力的作用，浮子的重量减小，引起磁耦力矩改变，检测元件检测出该信号所代表的浮子位置，将其送入电机控制回路。当液位上升或下降，浮子的位置通过电机进行调节，通过测量轮鼓的旋转可精确地计算出液位值，精度可达0.75mm以上。1.3磁致伸缩液位计磁致伸缩技术原理是利用2个不同磁场相交产生一个应变脉冲，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置，如图2所示。磁致伸缩液位计由电子头（内装有测量与输出的电子模块）、探测杆、浮子3部分组成。探杆由3条同轴的圆管组成：外管由防腐蚀材料制成，提供保护作用；中间的圆管装配有一个或多个数字测温传感器；最中心的是导波管，其内部是由磁致伸缩材料构成的波导丝。在探测杆外配有内含磁铁随液位变化的浮子。在进行液位测量时，电子头中的脉冲发生器首先在磁致伸缩导波管上施加一个电脉冲信号，此电脉冲同时伴随一个环形磁场，以光速沿磁致伸缩导波管向下图2传递。该扭转波沿导波管以超声波的形式回传到传感头中的感应线圈时，将转换成横向应力。根据磁效应原理，磁致伸缩材料发生物理变形时，会在磁致伸缩材料内引起磁场强度的变化，因此，通过传感器线圈的磁通将发生变化，在传感线圈两端将产生一个可以被检测到的感应电动势。根据通过从发射脉冲的一刻到检测到感应电动势的时间差，便能精确地计算出浮子的位置（即液面）。1.4钢带液位计钢带液位计属于机械式液位计。是基于力平衡原理测量的。测量原理简单。主要由浮子、测量钢带（信息码带）、钢带导向滑轮、平衡重锤、变送单元等组成。当罐内液体处于某一液位时，重锤重量Wl，平衡重锤重量W2，浮子所受浮力F，三力处于平衡状态(Wl-F=W2)。当液位上升时，浮标所受浮力F增大，三力失去平衡，在平衡重锤重量W2的作用下，浮标、信息码带与液位同步上升，这时变送器将信息码带上的光码读出，经光电变送器转换位电信号。同理，当液位下降时，浮标所受浮力F减小三力失去平衡，在平衡重锤重量W2的作用下，信息码带与液位同步下降。近年来将钢带液位计与光电式液位变送器设计为一体，机电部分采用磁耦合结构，电路部分与被测介质完全隔离。磁耦合装置传递的液位信号通过光电传感器无接触式码盘读取，实时获取液位值。它是钢带液位计的改进和发展，利用总线通讯方式，将液位、温度信号集成传输。钢带液位计的最高测量精度可做到2mm。2适用范围2.1雷达液位计雷达液位计为非接触式液位计，无可动部件，最适合拱顶罐且介质较粘稠、有腐蚀的情况。原油、重质油、沥青等液位测量多选用雷达液位计。由于雷达液位计靠电磁波的反射来测量液位。电磁波在液位表面反射时，信号会衰减，当信号衰减过大时，会导致雷达液位计无法检测到足够的电磁波信号。导电介质介电常数一般较大，能很好地反射电磁波，但对于非导电介质，或导电性能较差的介质，由于介电常数很小，电磁波信号较弱，测量效果会受到影响。所以在进行雷达液位计选型时要充分考虑被测介质的介电常数。对于轻质油品和化工品等，一般介电常数较小，在工艺过程需要高精度测量液位时，需慎用雷达液位计。另外，某些介质挥发形成的雾会附着在天线上，也会对雷达液位计的测量造成影响。2.2伺服液位计由于伺服液位计也是基于浮力平衡的原理，可以说它是钢带液位计的替代产品。由于它是通过伺服电机驱动钢丝带动浮子随液面升降，所以只要被测液体不粘稠、不挂料，伺服液位计都可以测量。伺服液位计在测量过程中不会受到诸如介质介电常数、挥发等特性的影响。但对于原油、重质油、沥青等粘度大的液体，温度较低时，介质会粘附在浮子上，不适合选择伺服液位计。另外，伺服液位计测量精度很高(0.75mm)，所以价格也较高。2.3磁致伸缩液位计磁致伸缩液位计的适用范围及测量精度与伺服液位计相似，其测量精度甚至高于伺服液位计。但由于浮子内含有磁铁，磁铁的磁性会对测量效果产生很大影响。2.4钢带液位计同以上3种液位计比较，钢带液位计测量原理最简单，是最早成功用于液位测量的液位计之一。它是一种机械式液位计。早期的钢带液位计无远传机构。渐渐研制出了专用二次表。目前，总线制信号传输的电子式钢带液位计也投入了使用。钢带液位计适用的介质范围为不粘稠、不挂料，由于钢带液位计需由两条导向钢丝固定，所以它不适用于浮顶罐安装。钢带液位计的测量精度较上述3种液图3位计的测量精度要低一些。由于钢带液位计有就地型仪表，所以广泛应用于对测量精度要求不高或不需要远传、不设控制室的场合。3多参数测量功能除钢带液位计外，上述其它3种仪表均具备多参数测量功能。通过罐旁指示仪（罐旁数据采集单元），可汇集液位、温度（单点或多点平均温度）、罐底水位（通过电容探头测量）、储罐净压力等参数。通过温度和压力的补偿修正，可连续地在线计算被测产品的密度。利用罐容表，可进行储罐容量计算。新型光电式钢带液位计可同时进行温度测量。通过罐旁变送器完成液位和温度的采集和传输。上述4种液位计均具备总线信号传输功能。液位计现场总线传输的信号在控制室经总线模块转换为标准的总线协议，如RS232，RS485等，输出至独立的液位计量系统或其它控制系统。图3为SAAB雷达液位测量系统为例，显示储罐液位多参数测量的基本联络方式。4安装要求上述4种液位计均为罐顶安装。除钢带液位计外，均为固定法兰安装方式。由于雷达液位计靠波的反射来传递液面高度。天线一般为喇叭口型、抛物线型或针型等，所以液位计与储罐的侧壁之间有安装距离要求，一般不低于Im。对于球型储罐，由于罐壁呈球状，不垂直，所以雷达液位计需安装在导波管内。必须保证液位计天线的轴线与液位的反射表面垂直。当储罐为立式拱顶式罐时，4种液位计的安装最简便，罐内不需任何保护附件。当储罐为内或外浮顶式储罐时，浮盘会随着液位的上下移动而升降。对于伺服液位计和磁浮子液位计，需要安装导向柱。浮顶储罐浮盘的导向柱一般为 DN200，所以在浮盘的导向柱上均匀地开小孔，可同时做伺服液位计和磁浮子液位计的导向柱使用。对于雷达液位计，导向柱称为导波管，若不采用导波管，则液位计反射的是浮盘表面至天线的距离。所以，若要精确测量液位，需要安装专用的导波管，而且液位计天线需要采用导波管型天线：即锥形和阵列型（液化石油气液化天然气专用）天线。钢带液位计则不适用于浮顶式储罐。5 4种液位计基本性能比较如表1所示:表1序号液位计系统内容比较雷达伺服磁致伸缩钢带1测量性能液位测量精度1 mm温度测量精度0.5重复性1 mm液位测量精度0.7mm温度测量精度0.1 重复性0.1 mm液位测量精度0.5mm温度测量精度O.l 重复性0.4 mm液位测量精度2mm温度测量精度0.5重复性1mm2介电常数影响测量受影响小于C7的介质慎用不受影响不受影响不受影响3 测量形式及适用范围非接触式、适用粘稠介质、介电常数较大介质接触式、适用于粘度较小、不易挂料介质，对原油乳化层测量有独特效果接触式、适用于粘度较小、不易挂料介质接触式、适用于粘度较小、不易挂料介质4多参数测量功能液位、温度、压力、密度、界位等液位、温度