石油磺酸盐罐区液位测量设备的选型与应用研究

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[摘 要]石油磺酸盐生产工艺介质物性比较特殊，测量工况比较复杂，有的介质易燃易爆且有毒，配套储罐液位监测设备的选型有其特殊性，既要保证测量效果，又要最大限度控制成本，这就需要对各类储罐及其介质进行分析，对液位测量设备进行选型与应用方面的深入研究。 本文结合多年来罐区自控系统建设经验，从罐区液位各类测量问题和技改方案中找寻规律，提出各种介质、各类罐体的适宜的液位计选型原则，对提高罐区的自控水平具有一定借鉴作用。

[关键词]石油磺酸盐、雷达液位计、化工自动化、仪器仪表。

中图分类号：O625.75+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0387-01

1 罐区常用液位测量方法及设备简介

1.1 钢带液位计

钢带液位计是一种传统的液位计，该液位计适宜测量石油、水及其它液体，广泛应用于石油产品储罐测量、计量，工业用水及污水监测以及化学工业（酸、碱、盐液）中。它是利用力学平衡原理设计制作的，当液位改变时，将液位检测装置（浮盘）根据液位的情况带动钢带移动，通过钢带的拉伸及机械传动不断达到新的平衡，再读取码带、输出标准电信号来显示液位的情况。

1.2 磁致伸缩液位计

磁致伸缩液位计是另外一种罐顶安装的浮力式液位计，该种液位计具有精度高、环境适应性强、安装方便等特点。因此，广泛应用于石油、化工等液位测量领域，成为液位测量中的精品。

采用磁致伸缩液位计，进行油罐液位的测量，其优点表现在：

1、可靠性强、安装简单：由于磁致伸缩液位计采用波导原理，无机械可动部分，故无摩擦，无磨损，传感器工作可靠，寿命长。整个变换器封闭在不锈钢管内，不锈钢管可做成软管以适应比较高的罐体测量，通过罐顶已有管口进行安装，特别适合已投运储罐，在安装过程中对正常生产影响小。

2、精度高：由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于0.01%FS，这是传统顶浮球传感器所不能做到的。

3、对于分层介质，如果上下层密度差足够大，可以根据密度定制浮子来测量界位。

缺点是成本较高，对于粘稠、杂志较多的液体，容易污染导向不锈钢管，造成浮子粘连，另外如果测量分层介质的界位，浮子的选型应该注意根据上层介质密度来设计。

1.3 压力式液位计

压力式液位计采用静压测量原理，当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力的同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的Po，使传感器测得压力为：ρgH，通过测取压力P，可以得到液位深度。

1.4 磁翻板液位计（直读）

磁翻板液位计是根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成的，罐区液位测量中往往作为一种侧装直读式液位计来使用。磁翻板由很多磁性的红白翻柱组成，与测量筒内的浮子有磁性耦合作用而进行翻转，红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。优点是显示直观，但物料粘度比较大或者杂质多的话容易造成浮子卡住，对于比较高的罐体来说也不适宜，成本很高而且安装维护不方便。

1.5 雷达液位计

雷达液位计利用雷达电磁波测量液位是近几年国内外都很关注的技术。由于液位计不接触介质，又无可动部件，故障率低，而且精度也很高，是一种对用户很有吸引力的液位计。

雷达液位计最大的特点是在恶劣条件下功效显著。无论是有毒介质，还是腐蚀性介质，也无论是固体、液体还是粉尘性、浆状介质，它都可以进行测量。

2 石油磺酸盐罐区液位检测设备早期存在问题汇总

石油磺酸盐生产工艺介质主要有原油、二氯乙烷、氨水、中和液、酸性油、基液、磺酸盐成品等，很多物料物性复杂，有的物料易燃易爆易挥发，罐体设计内浮顶，有的温度高粘度高，罐内有蒸汽、液面有泡沫，还有的密度不稳定很多储罐功能不断切换。胜利油田中胜国际化工集团有限公司原有罐区液位监控系统技术比较落后，液位监控系统的设计以及液位计的选型没有结合实际工况，测量非常不稳定，液位计损坏频率非常高，有些还采用上罐检尺手段检测液位，尤其合成调配工艺没有准确的液位测量作为调配依据，工人劳动强度也大。针对原有罐区存在的问题，2010年上半年，对车间东西罐区的液位测量系统进行了重新设计和建设，并在此后的几年内，不断对现场的液位计的使用效果进行追踪，找出原有一次测量仪表存在的问题，根据每个罐的工况进行液位计的调整和更换。大致上讲，原有的罐区液位计的测量问题主要集中在以下几个方面：

1、液相磺化车间罐区早期采用珠峰罐区监测系统，现场仪表多为钢带变送器，目前由于钢带变送器多年老化，大多变送器已经损坏或钢带断裂，仅存的几台钢带也经常出现浮盘卡滞、读数错误、线路中断等问题，维护量非常大。目前，老式钢带液位计已经全部废除，被其他液位测量形式所替代。

2、用压力变送器测量液位，适用性很强、测量最稳定、而且故障率低、非常经济。但是由于有些罐内介质密度不稳定，容易产生很大的测量偏差。在一些介质密度不稳定、罐储介质罐储功能经常发生变化、介质容易分层、物料过于粘稠、底部杂志比较多的储罐上，出现问题非常多。

3、雷达液位计虽然测量精度高，维护方便，但是使用过程中也出现一些问题，主要集中在两个方面：一种情况发生在在内浮顶储罐的液位测量中，由于内浮顶本身的结构要求浮盘本身有一定支撑高度，所以在低液位时，容易产生一段盲区。

3 不同品牌的雷达液位计在石油磺酸盐产品罐区实际应用过程中比对及分析

2010年上半年，对车间东西罐区的液位测量系统进行了重新设计和建设，现场的液位计也做了部分更换，其中雷达液位计得到了广泛的应用。由于雷达液位计安装方便，测量精准，总体使用效果很好，但没有多长时间便在合成罐区基液罐、产品罐以及调配罐的使用中暴露问题，主要现象是在某些时间段出现突然的测量不稳定，液位模拟信号大范围跳动，这个问题困扰了很长时间，后来通过长时间的实地观察和回波信号的测试追踪，终于找到了其中的原因，并且发现了不同品牌的雷达液位计在这种工况下测量性能上的具体差异，找出了最佳的测量设备。

为了解决这个问题，我们从雷达液位计自身参数上做了一些调整，感觉收效甚微，但是我们又用其他品牌的雷达液位计在同样的工况下做了横向测试，发现不同品牌型号的雷达液位计在这种有泡沫的液面上应用，同样是比较主流的高频率非接触式雷达液位计，分辨能力是大不相同的。除了了罗斯蒙特5402雷达液位计，我们还尝试了E+H公司FMR240雷达液位计和德国VEGA公司的PS63型雷达液位计，通过观察和一段时间的替代应用，在这种具有泡层的工况中，FMR240的测量稳定性要略好于罗斯蒙特的5402，但实际效果也不能满足需求，测量效果最好的要数德国VEGA公司的PS63型雷达液位计，在最恶劣的工况下，虽然真实液位回波信号也有衰减，但是识别度很高，完全可以做到连续稳定测量。以上两图是PS63型雷达液位计在T130和T132两个罐上的回波曲线图，其中T132是产品调配罐，工况最为恶劣，从图上可以看出PS63型雷达液位计在应对最恶劣的工况依然可以接受比较强的回波信号，可以清晰地分辨真实的液位。

4 结论

综上所述，石油磺酸盐罐区液位检测设备选型有其特殊性，根据现场维护经验，液位计选型已经可以有一个比较清晰的思路，个人建议石油磺酸盐罐区可以建立以雷达液位计为主，单法兰压力变送器、磁致伸缩液位计为辅的选型体系，针对具体物料，建议遵循以下选型原则：

1、石油磺酸盐产品、基液及调配储罐由于物料循环时会产生比较厚的泡层，如果要求计量准确则建议选用德国VEGA的PS63型雷达液位计。用于一般过程检测，精确度需求不高的储罐可以选用单法兰液位计。

2、氨水、二氯乙烷储罐，由于介质易燃易爆易挥发做内釜顶罐的储罐如果用雷达液位计测量则需在罐体设计时按照雷达液位计的安装要求设计导波管，并按要求在导波管侧壁做好联通孔设计，选型上将来也可以尝试接触式的导波雷达，如果对精度要求不高则可以选用单法兰液位计。

3、油品储罐如果需要计量准确选用普通型的雷达液位计，如果用于一般的过程检测可以选用单法兰液位计。