液氨儲罐液位測量儀表的應用比較

吳文瑞

（甘肅金昌化學工業集團有限公司，甘肅 金昌 737100）

目前，化工液氨儲罐液位的測量主要有雷達液位計、磁翻板液位計、雙法蘭差壓液位計及超聲波液位計等。由于液氨本身具有易燃、易爆、有毒的特性，因此，對液氨儲罐液位測量儀表的選型、安裝及調試顯得非常重要。下面對三種液位計的選型應用作以比較分析。

1 液氨儲罐常用液位計檢測原理

1.1 纜式導波雷達液位檢測

以Levelflex FMP51為例，該液位計是基于TOF（行程時間）原理的“俯視式”測量系統。對參考點至液氨表面間的距離進行測量。高頻脈沖信號被發射至探頭，并沿探頭傳播。脈沖信號在液氨表面發生反射，反射信號被儀表接收，并被轉換成物位信息。此測量方法即為TDR法（時域反射法），其測量參考點至液氨表面間距離（D）與脈沖信號的運行時間（t）成比例關系：D＝c·t／2，其中，c為光速。如圖1所示。空標高度（E）已知時，液位（L）的計算公式如下：L＝E－D。

1.2 磁翻板液位檢測

以UHZ側裝磁翻板為例，其設計依據是磁性原理和浮子定律。液位計通過法蘭與液氨儲罐相連，當被測容器中的液位升降時，翻板液位計腔體中的雙色柱狀磁性浮子通過磁場影響隨之升降，此時液位計面板雙色柱狀浮子的交界處即為液氨儲罐內的實際液位。

圖1 纜式導波雷達液位計測量示意圖

1.3 差壓變送器液位檢測

根據流體靜力學原理對液氨儲罐液位進行檢測。如圖2所示。以固定高度H0的液層為例，如果液面高度不變，則H0液層的壓力也不變，當液面升高時，隨著H0液層與液面之間的距離h增大，該液層的壓力也隨之增大。

當差壓計一端接液相，另一端接氣相時，根據流體靜力學原理，有：

式中：P＋——變送器正壓室的壓力；

h——H0液相取壓口與液面之間的垂直距離；

ρ——液體介質密度；

g——重力加速度；

P氣——儲罐內氣體壓力。

圖2 差壓式液位計測量原理圖

差壓法檢測液位，是將差壓變送器的高壓室（＋）接口與H0液層面相連通，低壓室接口（－）與罐頂氣體空間相連通。通過高低壓室膜盒產生形變的程度與“＋”、“－”壓室之間的壓力差值（即ΔP＝P＋－P－）測得差壓。由式（1）和（2）可知：

由式（3）可知，差壓式液位計所感受到的壓差與液面高度h有關，從而消除掉氣體壓力P氣對檢測結果的影響，通常將這種消除干擾因素影響的作用稱為補償作用。

2 液位儀表安裝維護應注意的問題

2.1 纜式導波雷達液位計

合理安裝能確保儀表長期可靠而精確的測量。導波雷達液位計在安裝時要避開液氨進口，以免產生虛假反射；傳感器不要安裝在液氨儲罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會增強），也不能距離液氨儲罐壁很近。容器壁與纜式探頭間的距離，光滑金屬壁：大于50mm（2″）；纜式探頭末端與容器底間的安裝距離大于150mm（6in）；允許安裝短管的直徑≤150mm（6in），較大直徑的安裝短管會降低儀表的近距離測量能力；使用懸空安裝的纜式探頭時（探頭末端未固定在容器底部），在整個測量過程中，纜式探頭與容器內部裝置間的距離不得小于300mm（12″）。但是，只要介質的介電常數（DC）不小于1.8，探頭配重塊和容器底部的偶爾接觸不會對測量造成影響。氨水：介電常數（DC（εr））＞7。但纜式探頭的偏置量／零點受安裝位置的影響，可能會增大±12mm。在調試過程中，輸入修正（“物位修正”參數）可以對附加偏置量或零點進行修正。

2.2 磁翻板液位計

1）必須按要求安裝，便于觀測和檢修；周圍不能有導磁物質接近，否則將無法正常工作；伴熱溫度要根據介質情況而確定。

2）液氨儲罐液位測量氣液相開孔連接跨度大，因此液位計的安裝需要加裝中間連接法蘭，同時需做好固定支撐。

3）儀表調試時必須用磁鋼校正器在面板上先將雙色（一般為紅白兩色）磁柱設置成白色，然后打開氣相截止閥，最后打開液相截止閥，觀察液位是否正常。當液位上升時磁柱由白色變為紅色，液位下降時磁柱由紅色變為白色。

4）不定期的清洗腔體，以免使磁浮子不能正常工作。

2.3 差壓變送器

差壓變送器的安裝對其高度有一定的要求，通常不應高于被測容器液位取壓接口的下接口標高。安裝位置應易于維護，便于觀察，且靠近取壓部件的位置。若選用雙法蘭式差壓變送器測量液位，變送器安裝位置只受毛細管長度的限制。毛細管的彎曲半徑應大于50mm，且應對毛細管采取保護和絕熱措施。

如果液氨儲罐安裝的位置比較高，將差壓變送器“＋”壓室接口與容器下法蘭中心處于同一標高安裝，有可能不便于安裝、維護和觀察，應把差壓變送器安裝位置向下移，移至便于安裝、觀測和維護的高度。由于安裝標高的改變，ΔP（＝P＋－P－）將影響到差壓式儀表的輸出值。此時，若液面至容器下法蘭（即液相取壓口）高度h＝0時，ΔP＞0即存在正遷移，需調整正遷移機構；當h＝0時，ΔP＜0即存在負遷移，需調整負遷移機構。使差壓式儀表的示值為零示值或零示值所對應的的標準輸出值（4mA DC）。

差壓液位計應垂直安裝，保持“＋”、“－”壓室標高一致。

液氨為低沸點介質，在環境溫度下極易汽化，為了輸出信號和示值的穩定性，最好選用雙法蘭差壓變送器進行測量。

3 液位儀表使用效果的比較

我公司200m3液氨球罐上裝有一臺SK－DTZ5V4－LDPYY－Y0雙法蘭差壓液位計（量程：－62.04～20.79kPa）、一臺磁翻板液位計和一臺玻璃板式液位計。磁翻板液位計由于其腔體未能定期檢修使磁柱顏色不變，因而無法檢測；另一臺雙法蘭差壓液位計運行穩定，但測量值同玻璃板式液位計顯示有誤差。2014年4月儀表人員抽樣比測記錄數據，見表1所示。因老式玻璃板式液位計沒有詳細刻度，該數據為粗略目視值。

表1 雙法蘭液位計與玻璃板液位計使用抽樣比測

另外，2012年新建20萬t／a合成氨系統2 000 m3液氨球罐上安裝有一臺Levelflex FMP51纜式導波雷達液位計（位號：LT1201A）和一臺磁翻板液位計，該信號均引入DCS顯示。在開始安裝調試過程中發現雷達液位計與磁翻板液位計顯示不一致，經檢查發現導波雷達液位計取樣管原始高度不正確，經重新調整并對其相關參數進行設定后測量顯示一致。長期穩定運行，給工藝控制提供了準確數據，滿足了工藝要求，有效地保障了設備和人身安全。2014年4月儀表人員抽樣比測記錄數據，見表2所示。

表2 導波雷達液位計與磁翻板液位計使用抽樣比測

纜式導波雷達液位計在一年多的運行過程中，與磁翻板液位計測量比較完全一致，性能穩定，沒有出現任何故障，是理想的液氨儲罐液位測量儀表。儀表通過4～20mA DC電流信號隔離輸出，送至中央控制室DCS顯示。

通過以上案例分析，幾種液位檢測儀表在液氨儲罐上的應用各有不同的使用效果，現將其性能指標歸納如下，供設計選型及儀表維護人員參考。

表3 幾種液位儀表性能比較一覽表

4 液位儀表的故障分析及處理

在化工生產過程中，儀表檢測和控制經常會出現測量不準或無法工作的現象。下面是自己工作中經常遇到的一些問題及處理方法，與大家共同探討交流，以幫助儀表維護人員拓展思路，分析和判斷故障原因。

表4 導波雷達液位計故障現象及處理

表5 磁翻板液位計故障現象及處理

表6 雙法蘭液位計故障現象及處理

5 結 語

測量技術發展到現在，已出現許多成熟可靠的液位測量儀表，并以不同的特性在不同條件的液位測量中發揮著重要作用。液氨儲罐液位測量中通常還有外置超聲波液位計，該儀表屬完全非接觸式測量，可用于苛刻環境，測量穩定、可靠，安裝方便，便于維護；其缺點是對介質要求高，罐底長期沉積物對測量會產生不利影響，如不滿足條件，則應有措施保證定期清除罐底沉積物。以上幾種儀表在液氨儲罐上進行液位測量各有其特點，儀表技術人員在設計選型時，應根據具體情況從質量、價位、維護等方面綜合考慮，選擇具有安裝可靠、運行穩定、測量準確、維護方便的檢測儀表，給工藝操作和控制提供準確依據。

［1］ 樂嘉謙.儀表工手冊［M］.北京：化學工業出版社，2007

［2］ 陳洪全，岳智.儀表工程施工手冊［M］.北京：化學工業出版社，2006

［3］ E＋H公司.Levelflex FMP51導波雷達液位計操作手冊［M］.2007

［4］ 陳仕欽.關于導波雷達液位儀測量的應用［J］.湖北電力，2007（10）：47－48