幾種液氨儲罐液位計的原理、安裝維護、性能比較、選型和故障現象及處理

摘要：針對化工行業液氨儲罐液位測量儀表的應用情況，重點對其幾種常用液位計的原理、選型、安裝、調試過程中應注意的問題以及故障解決方法進行比較分析，進一步提高儀表技術人員對液位儀表選型、安裝及維護方面的能力，選擇性能優良、測量準確、安裝維護方便、滿足工藝需要的儀表設備。

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SCLD51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側裝磁翻板液位計為例，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。

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：
         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———液體介質密度；
         ｇ———重力加速度；
         Ｐ氣———儲罐內氣體壓力。

         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：
         ΔＰ＝Ｐ＋－Ｐ－＝ｈρｇ＋Ｐ氣－Ｐ氣＝ｈρｇ （３）
         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，zui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（４ｍＡＤＣ）。
         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，zui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２００ ｍ３ 液氨球罐上裝有一臺SC－3851DP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。

         另外，２０１２年新建２０萬ｔ／ａ合成氨系統２０００ｍ３ 液氨球罐上安裝有一臺SCLD51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。

         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。

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。

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。