石化裝置罐區液位儀表的選擇和應用

楊 力

（陜西延長石油能源化工工程有限公司，陜西 西安 710061）

0 引言

由于化工罐區存儲的化工產品數量大、種類多，且多為爆炸危險性介質。罐區液位儀表可以及時反應罐區的運行狀況，與全廠的安全息息相關。對于罐區液位儀表來說，其主要作用是完成對罐區儲罐內液位的精確檢測與控制。根據不同工藝參數的儲罐和不同介質的特點，選擇安全性高、穩定性高的液位計就顯得非常必要了[1]。本文主要介紹了差壓式液位計和雷達液位計在罐區液位測量中的選擇和應用。

1 差壓式液位計

在罐區液位測量中，差壓式液位計主要包括：單法蘭差壓液位計和雙法蘭差壓液位計。單法蘭差壓液位計主要適用于測量常壓儲罐；雙法蘭差壓液位計主要適用于測量壓力儲罐。差壓式液位計可對罐區儲罐液位進行的精度測量，主要包括平法蘭和插入式法蘭兩種。一般介質可選用平法蘭，對于易堵、黏稠、易結晶介質的差壓式液位計優先選用插入式膜片密封法蘭壓力變送器[2]。

1.1 單法蘭差壓液位計

1.1.1 單法蘭差壓液位計測量原理

1.1.2 單法蘭差壓液位計特點

單法蘭差壓液位計安裝簡單方便，安裝時僅需與設備口的根部閥連接，便于操作人員在現場巡查和檢修。對于常壓儲罐，單法蘭差壓液位計是最佳的液位測量儀表。由于膜片從設備法蘭口將儲罐內的工藝液體隔離開來，可以減少工藝儲罐內液體的泄露，同時也能減少現場對液位儀表的隔熱和伴熱工作。

1.1.3 單法蘭差壓液位計的選擇要求

單法蘭差壓液位計在選擇時需要注意：單法蘭差壓液位計是在介質密度已知的情況下，ΔP=ρgH（式中ΔP 為差壓變送器測量值；ρ 為介質密度；g 為重力加速度）差壓變送器測量值與液位高度H 成正比，如果介質密度變化比較大的情況下，差壓液位計的測量精度會很受到很大影響。設備接口法蘭尺寸宜選擇DN50 或DN80，選擇最大直徑膜片能最大程度地發揮其性能。對于儲罐內介質密度變化交大的情況下，不宜選用單法蘭差壓液位計[3]。

對于易結晶或易堵介質的儲罐，單法蘭差壓液位計宜選擇插入式膜片測量液位，插入深度不應超過設備內壁，設備法蘭口不應設根部閥。選擇插入式膜片時，應注意選擇插入式膜片的外徑必須小于設備口外伸管的內徑，否則可能導致現場無法安裝或安裝困難。

1.1.4 單法蘭差壓液位計的應用

單法蘭差壓液位計適用于與大氣連通的儲罐應用，不適用于真空儲罐。單法蘭差壓液位計適用于易燃、易爆或有腐蝕性液體的常壓容器，也適用于帶攪拌器等常壓容器。由于其精度高，安裝方便，后期維護簡單，因此被普遍應用于石油化工裝置中壓力容器的液位測量。

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1.2 雙法蘭差壓液位計

1.2.1 雙法蘭差壓液位計測量原理

雙法蘭差壓液位計是根據被測液體的壓差與壓力容器內工藝液體高度的計算公式ΔP=ρgH。在已知密度的情況下計算得來的。由上下兩個膜片產生的差壓信號經變送器轉換成4～20 mA 模擬量信號輸出傳送至控制系統，并在變送器液晶數字表頭顯示差壓值和液位值。

雙法蘭差壓液位變送器包括上下兩個法蘭，兩個法蘭通過毛細管與變送器連接。上部法蘭和儲罐上部氣相空間相通，下部法蘭和儲罐下部液相空間相通。上下法蘭口的壓力使其對應的膜片產生變形從而推動毛細管內的硅油，間接通過硅油將設備液相與氣相壓力口傳遞到差壓變送器本體上。

1.2.2 雙法蘭差壓液位計特點

由于設備口的壓力是通過膜片及毛細管傳遞至差壓變送器，這樣可以使設備內的強酸、強堿等腐蝕性介質與差壓變送器直接接觸。雙法蘭差壓變送器從選型上解決了由于工藝物料的結凍、冷凝等問題帶來的長期能耗及現場儀表伴熱維護工作量大，減少了工藝介質的泄露。差壓變送器由于采用毛細管連接使得變送器可以靈活安裝在操作人員便于觀察，不影響通行的位置[4]。

1.2.3 雙法蘭差壓液位計的選擇要求

雙法蘭差壓液位計在選擇時需要注意：雙法蘭差壓液位計是在介質密度已知的情況下，ΔP=ρgH 差壓變送器測量值與液位高度H 成正比，如果介質密度變化比較大的情況下，差壓液位計的測量精度會很受到很大影響。設備氣相與液相法蘭口間距不宜大于1 m，正負壓側毛細管長度不宜超過15 m。設備接口法蘭尺寸宜選擇DN50 或DN80，選擇最大直徑膜片與具有最小內徑的最短毛細管，能最大程度地發揮其性能。對于介質溫度高于300 ℃或低于-40 ℃的設備，不宜選用隔膜雙法蘭差壓變送器。

對于易結晶或易堵介質的設備，宜選擇插入式膜片測量液位，插入深度不應超過設備內壁，上下法蘭口均不應設根部閥。

1.2.4 雙法蘭差壓液位計的應用

雙法蘭差壓液位計適用于易燃、易爆或有腐蝕性液體的壓力容器，也適用于帶攪拌器等壓力容器。由于其精度高，安裝方便，后期維護簡單，因此被普遍應用于石油化工裝置中壓力容器的液位測量[5]。

2 雷達液位計

2.1 雷達液位計原理

雷達液位計主要由電子部件、波導連接器、喇叭天線、法蘭等部分組成。電子部件包含：振蕩器、調制器、混頻電路、差頻放大器、A/D 轉換器、計算裝置、顯示單元及接線端子盒等組成。其工作原理是振蕩器產生高頻振蕩，經線性調制電壓調制后，以等幅振蕩的型式，通過耦合器及定向通路，由喇叭天線向被測面發射，波經液面反射回來又被喇叭天線接收，回波通過定向通路器送入混頻電路，混頻器接收到發送波和回波信號后產生茶品信號，這個差頻信號經差頻放大器放大后，經A/D 轉換器轉換后送到計算裝置進行頻譜分析，即通過頻差和時差，計算出液位的高度，并通過顯示單元顯示液位數值。

2.2 雷達液位計的特點

雷達液位計在其他接觸性液位計難測量、無法測量或測量成本較高的情況下，如：埋地罐，工藝介質為可燃、有毒、強酸或強堿的儲罐，雷達液位計更能突出其獨特的測量性能和良好的經濟指標。

2.3 雷達液位計的選擇要求

雷達液位計在選擇時，被測儲罐的工藝條件應滿足以下條件：

1）測量范圍在0～40 m 之內；

2）儲罐內的液體的操作壓力小于4 MPa；

3）操作溫度范圍在-200～+230 ℃內；

4）儲罐內液體的介電常數（DC）不低于1.5；

不同的雷達液位變送器有不同的頻率，其頻率可影響測量效果。測量蒸汽或泡沫時首選低頻雷達，低頻雷達的波長較長，更易于滲透泡沫、蒸汽和冷凝物。某些情況下寬波束角更易于避免干擾。雷達液位計的測量量程取決于微波頻率、天線尺寸、液體的介電常數（DC）以及過程條件，介電常數越高，反射強度越大。

對于儲罐內帶加熱盤管、攪拌器等其他物體時，可能導致測量信號中產生干擾回波和噪聲。由于垂直結構的干擾物僅僅將雷達信號散射而不直接將信號反射回天線，因此這類結構對雷達液位計的測量干擾最小[6]。

對于儲罐液位觀測不方便或高度較高的儲罐，雷達液位變送器在選擇時，應考慮帶液晶數字顯示的罐旁指示儀。罐旁指示儀與雷達液位變送器之間采用專用電纜連接，雷達液位變送器選擇帶兩個電氣接口的。對于罐區頂部安裝的雷達液位變送器在選擇時，應選擇帶電涌保護器。

2.4 雷達液位計的應用

雷達液位計適用于易燃、易爆或有腐蝕性液體的儲罐，也適用于帶攪拌器等儲罐。對于一些大容量貯存罐（立罐和球罐等），雷達液位計在其液位測量中得到了普遍應用。

3 結語

雷達液位計與差壓式液位計已成為石化企業罐區液位測量選擇中不可缺少的液位計。這兩種液位計的應用既滿足了現場人員安設簡易、便于檢修，又滿足了工藝對測量精度要求。為石油化工生產企業解決了液位測量難、液位測量成本高的難題。極大減輕了操作人員的勞動強度，提高了勞動效率。保障石油化工企業安全、平穩、長周期高質量的運行。