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摘要：針對(duì)化工行業(yè)液氨儲(chǔ)罐液位測(cè)量儀表的應(yīng)用情況，重點(diǎn)對(duì)其幾種常用液位計(jì)的原理、選型、安裝、調(diào)試過程中應(yīng)注意的問題以及故障解決方法進(jìn)行比較分析，進(jìn)一步提高儀表技術(shù)人員對(duì)液位儀表選型、安裝及維護(hù)方面的能力，選擇性能優(yōu)良、測(cè)量準(zhǔn)確、安裝維護(hù)方便、滿足工藝需要的儀表設(shè)備。

關(guān)鍵詞：液氨儲(chǔ)罐；纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)；磁翻板液位計(jì)；差壓變送器；選型；故障處理

目前，化工液氨儲(chǔ)罐液位的測(cè)量主要有雷達(dá)液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)、雙法蘭差壓液位計(jì)及超聲波液位計(jì)等。由于液氨本身具有易燃、易爆、有毒的特性，因此，對(duì)液氨儲(chǔ)罐液位測(cè)量儀表的選型、安裝及調(diào)試顯得非常重要。下面對(duì)三種液位計(jì)的選型應(yīng)用作以比較分析。

1液氨儲(chǔ)罐常用液位計(jì)檢測(cè)原理

1.1纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位檢測(cè)以HSRD-D1為例，該液位計(jì)是基于T0F（行程時(shí)間）原理的“俯視式”測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)參考點(diǎn)至液氨表面間的距離進(jìn)行測(cè)量。高頻脈沖信號(hào)被發(fā)射至探頭，并沿探頭傳播。脈沖信號(hào)在液氨表面發(fā)生反射，反射信號(hào)被儀表接收，并被轉(zhuǎn)換成物位信息。此測(cè)量方法即為TDR法（時(shí)域反射法），其測(cè)量參考點(diǎn)至液氨表面間距離（D）與脈沖信號(hào)的運(yùn)行時(shí)間（t）

成比例關(guān)系：D=c穞/2，其中，c為光速。如圖1所示。空標(biāo)高度（E）已知時(shí)，液位（L）

的計(jì)算公式如下：

L=E-D

1.2磁翻板液位檢測(cè)

以HS-UHZ?側(cè)裝磁翻板為例，其設(shè)計(jì)依據(jù)是磁性原理和浮子定律。液位計(jì)通過法蘭與液氨儲(chǔ)罐相連，當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，翻板液位計(jì)腔體中的雙色柱狀磁性浮子通過磁場(chǎng)影響隨之升降，此時(shí)液位計(jì)面板雙色柱狀浮子的交界處即為液氨儲(chǔ)罐內(nèi)的實(shí)際液位。

1.3差壓變送器液位檢測(cè)

根據(jù)流體靜力學(xué)原理對(duì)液氨儲(chǔ)罐液位進(jìn)行檢測(cè)。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(dāng)液面升高時(shí)，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(dāng)差壓計(jì)一端接液相，另一端接氣相時(shí)，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，有：

P₊=hρg+P_氣???（1）

P_-=P_{氣??????????}（2）

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(zhì)密度：

G--重力加速度；P_氣--儲(chǔ)罐內(nèi)氣體壓力。

差壓法檢測(cè)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(chǎn)生形變的程度與“+”、“-”壓室之間的壓力差值（即△P=P₊-P_-）測(cè)得差壓。由式（1）和（2）可知：

△P=P₊-P_-=hρg+P_氣-P=hρg??????????（3）

由式（3）可知，差壓式液位計(jì)所感受到的壓差與液面高度h有關(guān)，從而消除掉氣體壓力P_氣對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，通常將這種消除干擾因素影響的作用稱為補(bǔ)償作用。

2液位儀表安裝維護(hù)應(yīng)注意的問題

2.1纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)

合理安裝能確保儀表長期可靠而精確的測(cè)量。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在安裝時(shí)要避開液氨進(jìn)口，以免產(chǎn)生虛假反射：傳感器不要安裝在液氨儲(chǔ)罐的中心處（否則傳感器收到的虛假回波會(huì)增強(qiáng)），也不能距離液氨儲(chǔ)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(huì)降低儀表的近距離測(cè)量能力：使用懸空安裝的纜式探頭時(shí)（探頭末端未固定在容器底部），在整個(gè)測(cè)量過程中，纜式探頭與容器內(nèi)部裝置間的距離不得小于300mm（12”）。但是，只要介質(zhì)的介電常數(shù)（DC）不小于1.8，探頭配重塊和容器底部的偶爾接觸不會(huì)對(duì)測(cè)量造成影響。氨水：介電常數(shù)（DC（r））>7。但纜式探頭的偏置量/零點(diǎn)受安裝位置的影響，可能會(huì)增大±12mm。在調(diào)試過程中，輸入修正（“物位修正”參數(shù)）可以對(duì)附加偏置量或零點(diǎn)進(jìn)行修正。

2.2磁翻板液位計(jì)

1）必須按要求安裝，便于觀測(cè)和檢修；周圍不能有導(dǎo)磁物質(zhì)接近，否則將無法正常工作：伴熱溫度要根據(jù)介質(zhì)情況而確定。

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

3）儀表調(diào)試時(shí)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(shè)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(dāng)液位上升時(shí)磁柱由白色變?yōu)榧t色，液位下降時(shí)磁柱由紅色變?yōu)榘咨?/span>

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(duì)其高度有一定的要求，通常不應(yīng)高于被測(cè)容器液位取壓接口的下接口標(biāo)高。安裝位置應(yīng)易于維護(hù)，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(cè)量液位，變送器安裝位置只受毛細(xì)管長度的限制。毛細(xì)管的彎曲半徑應(yīng)大于50mm，且應(yīng)對(duì)毛細(xì)管采取保護(hù)和絕熱措施。

如果液氨儲(chǔ)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(biāo)高安裝，有可能不便于安裝、維護(hù)和觀察，應(yīng)把差壓變送器安裝位置向下移，移至便于安裝、觀測(cè)和維護(hù)的高度。由于安裝標(biāo)高的改變，

△P=（P₊-P_-）將影響到差壓式儀表的輸出值。此時(shí)，若液面至容器下法蘭（即液相取壓口）高度h=0時(shí)，△P>0即存在正遷移，需調(diào)整正遷移機(jī)構(gòu)；當(dāng)h=0時(shí)，△P<0即存在負(fù)遷移，需調(diào)整負(fù)遷移機(jī)構(gòu)。使差壓式儀表的示值為零示值或零示值所對(duì)應(yīng)的的標(biāo)準(zhǔn)輸出值（4mADC）。

差壓液位計(jì)應(yīng)垂直安裝，保持“+”、“-”壓室標(biāo)高一致。

液氨為低沸點(diǎn)介質(zhì)，在環(huán)境溫度下極易汽化，為了輸出信號(hào)和示值的穩(wěn)定性，最好選用雙法蘭差壓變送器進(jìn)行測(cè)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(tái)雙法蘭差壓液位計(jì)（量程：-62.04~20.79kPa）、一臺(tái)磁翻板液位計(jì)和一臺(tái)玻璃板式液位計(jì)。磁翻板液位計(jì)由于其腔體未能定期檢修使磁柱顏色不變，因而無法檢測(cè)：另一臺(tái)雙法蘭差壓液位計(jì)運(yùn)

行穩(wěn)定，但測(cè)量值同玻璃板式液位計(jì)顯示有誤差。2022年4月儀表人員抽樣比測(cè)記錄數(shù)據(jù)，見表1所示。因老式玻璃板式液位計(jì)沒有詳細(xì)刻度，該數(shù)據(jù)為粗略目視值。

表1雙法蘭液位計(jì)與玻璃板液位計(jì)使用抽樣比測(cè)

另外，2012年新建20萬t/a合成氨系統(tǒng)200m³液氨球罐上安裝有一臺(tái)漢森爾HSRD-D1纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)（位號(hào)：LT1201A）和一臺(tái)磁翻板液位計(jì)，該信號(hào)均引入DCS顯示。在開始安裝調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)雷達(dá)液位計(jì)與磁翻板液位計(jì)顯示不一致，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)取樣管原始高度不正確，經(jīng)重新調(diào)整并對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定后測(cè)量顯示一致。長期穩(wěn)定運(yùn)行，給工藝控制提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，滿足了工藝要求，有效地保障了設(shè)備和人身安全。2014年4月儀表人員抽樣比測(cè)記錄數(shù)據(jù)，見表2所示。

表2導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與磁翻板液位計(jì)使用抽樣比測(cè)

纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在一年多的運(yùn)行過程中，與磁翻板液位計(jì)測(cè)量比較完全一致，性能穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)任何故障，是理想的液氨儲(chǔ)罐液位測(cè)量儀表。儀表通過4~20mADC電流信號(hào)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(cè)儀表在液氨儲(chǔ)罐上的應(yīng)用各有不同的使用效果，現(xiàn)將其性能指標(biāo)歸納如下，供設(shè)計(jì)選型及儀表維護(hù)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(chǎn)過程中，儀表檢測(cè)和控制經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)或無法工作的現(xiàn)象。下面是自己工作中經(jīng)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(hù)人員拓展思路，分析和判斷故障原因。

表4幾種液位儀表性能比較一覽表

表5磁翻板液位計(jì)故障現(xiàn)象及處理

表6雙法蘭液位計(jì)故障現(xiàn)象及處理

5結(jié)語

測(cè)量技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已出現(xiàn)許多成熟可靠的液位測(cè)量儀表，并以不同的特性在不同條件的液位測(cè)量中發(fā)揮著重要作用。液氨儲(chǔ)罐液位測(cè)量中通常還有外置超聲波液位計(jì)，該儀表屬完全非接觸式測(cè)量，可用于苛刻環(huán)境，測(cè)量穩(wěn)定、可靠，安裝方便，便于維護(hù)；其缺點(diǎn)是對(duì)介質(zhì)要求高，罐底長期沉積物對(duì)測(cè)量會(huì)產(chǎn)生不利影響，如不滿足條件，則應(yīng)有措施保證定期清除罐底沉積物。以上幾種儀表在液氨儲(chǔ)罐上進(jìn)行液位測(cè)量各有其特點(diǎn)，儀表技術(shù)人員在設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況從質(zhì)量、價(jià)位、維護(hù)等方面綜合考慮，選擇具有安裝可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、測(cè)量準(zhǔn)確、維護(hù)方便的檢測(cè)儀表，給工藝操作和控制提供準(zhǔn)確依據(jù)。