磁翻板液位計在氨罐液位測量的改進

        江蘇淮河化工有限公司 2 # ～ 6 # 氨罐(臥式儲罐)液位顯示不準，受環境溫度影響大，不利于生產成本的有效控制及績效考核。氨罐液位測量配置了現場磁翻板液位計以及遠傳差壓液位計，目前生產中主要靠現場磁翻板液位計得出讀數后，查液位噸位對照表得庫存量，極為不便。
1 2 種液位計誤差來源分析
1． 1 磁翻板液位計原理及誤差來源
        磁翻板液位計與氨罐旁通管相連接，罐與旁通管之間組成了 1 個 U 形管，其關系式為:
h 1 × d 1 = h 2 × d 2 (1)
式中:h 1 ———氨罐內液氨的液位;
d 1 ———氨罐內液氨的密度;
h 2 ———磁翻板內的液位;
d 2 ———磁翻板內液氨的密度。
通常情況下，氨罐內液氨溫度 t 1 等于旁通管內液氨溫度 t 2 ，即 d 1 = d 2 ，則 h 1 = h 2 ，則通過磁翻板液位 h 2 便可知 h 1 ;但是，磁翻板液位計受環境溫度影響大，因 t 1 ≠t 2 ，則 d 1 ≠d 2 ，于是 h 1 ≠h 2，使磁翻板液位計誤差產生，受環境溫度影響大。

1． 2 差壓液位計及誤差來源
        差壓液位計是基于液體連通器原理和液體靜壓力原理來測量液體的液位，其測量系統示意如圖 1 所示。其關系式為:

H = ΔP/(Q 液氨 － Q 硅油 ) + H 0 (2)
式中:ΔP———差壓計測量的差壓;
Q 液氨 ———液氨密度;
Q 硅油 ———硅油密度，隨環境溫度變化小，取0． 93;
H 0 ———差壓液位計的安裝高度。
由式(2)可看出，差壓液位計主要誤差來源于 ΔP，Q 液氨 和 H 0 。

2 改進方案
        通過以上誤差的來源分析，分別對目前使用的 2 種液位計進行如下調整。
2． 1 磁翻板液位計
        由于磁翻板液位計受溫度影響較大，尤其是磁翻板保溫不好，誤差極大，不能準確計量每班產量，白班(8 h)zui大誤差達 8 ～ 9 t;但磁翻板液位計容易安裝和維修，易于對磁翻板標尺的零點進行校正，便于觀察液面變化，故保留原來磁翻板液位計，并進行重新保溫，僅作參考。
2． 2 差壓液位計
        差壓液位計主要誤差來源于 ΔP，Q 液氨 和 H 0 ，因 ΔP 誤差主要來源于差壓計本身的誤差，如產品合格，誤差在可接受范圍之內，故需要修正的是差壓液位計的安裝高度 H 0 以及液氨密度 Q 液氨 。
2． 2． 1 安裝高度 H 0
        通過實際測量，2 # ～6 # 氨罐差壓液位計安裝在磁翻板液位計雙法蘭下法蘭位置，低于氨罐位置，即 H 0 為負數。2 # ～6 # 氨罐差壓液位計的安裝高度分別為 －17，－15，－15，－15 和 －15 cm。
2． 2． 2 液氨密度 Q 液氨
        因液氨密度受溫度影響大，且每個氨罐的保溫效果也有差異，故如需準確測量氨罐液位，必須引入溫度測量。對 2 # ～ 6 # 氨罐分別進行卸壓，并引入熱電偶遠傳至 DCS 系統，對密度進行修正，修正公式為 Q 液 =0． 639 －0． 001 45t。經過以上修正，2 # ～6 # 氨罐液位修正計算公式如表 1 所示。

2． 3 用差壓測量的液位來計量氨罐噸位
        通過對差壓液位計的液氨密度和安裝高度進行修正后，差壓液位計的液位值可信，但是每班產量仍然按照氨罐液位對照表來計量產量。氨罐液位對照表中的噸位是基于某一固定溫度下(原計算按 20 ℃下)的密度計算所得，故仍然不能準確計量氨罐中的液氨質量。
        根據質量計算公式 m = QV 可知，需能找到不同液位 H 下對應的體積 V，然后乘以溫度修正過的液氨密度 Q 液氨 ，即得出準確的氨罐噸位。通過查閱相關資料，臥式氨罐體積 V 與高度H 可用下式進行計算:

式中:V———液氨儲罐總體積;
h———液位計高度;
h i ———橢圓墻頭內高度(不包括直邊高度);
r———貯槽內半徑;
l———貯槽圓柱體部分長度;
V h ———對應 h 高度貯槽體積。
將 2 # ～6 # 氨罐尺寸代入上式后，體積就與氨罐的液位一一對應了，液位由差壓液位計進行測量，zui終求得體積。

2 # 氨罐體積公式:
V =50 + 3． 534291675* (1 － (H － 1． 5) ^2/6. 75)* (H －1． 5) +13． 2* ((H －1． 5)* (2* H* 1． 5 － H^2)^0． 5 + 2． 25* (ASIN((H － 1． 5) /1. 5)))

3 # ～6 # 氨罐體積公式均為:
V =50 + 4． 021238592* (1 － (H － 1． 6) ^2/7. 68)* (H －1． 6) +11． 38* ((H －1． 6)* (2*H* 1． 6 － H^2)^0． 5 + 2． 56* (ASIN((H － 1． 6) /1． 6)))
將上式在寫入DCS 組態中，至此所有工作完成。

3 效果驗證
        2015 年 12 月 2 日白班，2 # ～6 # 氨罐測溫點全部安裝完成，白班即投入使用。當班售氨過磅計量為 46． 2 t，DCS 上顯示氨罐液氨噸位下降了47. 2 t 左右，誤差≤2． 16%，屬于可接受范圍。由此可見，修正后的 DCS 顯示液氨噸位較磁翻板液位計更精確，同時可在 DCS 系統直接讀出液位，無需再對表，降低了操作人員的勞動強度。