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淺析LNG加氣站60m3臥式儲罐液位計波動的影響因素及對策

日期：2018-04-27 來源：作者：

摘要：在LNG 加氣站迅猛發展的當下，60m 3 儲罐液位計使用過程中都存在不同程度波動，給日常管理帶來隱患，使用者無法得到相對準確的液位值。本文針對波動問題從了解液位計的工作原理入手，通過分析儲罐取壓結構， “剝洋蔥”式的找到影響液位波動的根本原因，并結合實際，對可能存在的影響因素進行了分析，同時提出消除或減少液位波動的應對措施。儲罐液位計根據不同介質，不同結構儲罐，不同工藝和環境條件適用不同的液位計，如磁翻板液位計、超聲波液位計、雷達液位計、法蘭差壓液位計、辭職伸縮液位計、浮球液位計、玻璃管液位計、磁敏電子雙色液位計等。

0 引言

差壓液位計是通過測量容器內液體壓差換算為液位高度的一種測量方法。因差壓液位計具備測量原理簡單,安裝、操作和維護方便，性能可靠，投資低等特點，被廣泛用于60m 3 LNG低溫儲罐。但由于種種原因，在實際運行中測量誤差較大，甚至嚴重時空罐顯示滿液位，顯然無法對LNG 的真實庫存和損耗

情況做出科學和準確的判斷，因此找出測量誤差產生的原因并盡量克服，具有重要的意義。

1 差壓液位計的工作原理

差壓液位計是基于液體靜壓力原理，通過測量氣相取壓管和液相取壓管的壓差換算儲罐內液體儲存量。氣相管與內膽頂部相連，壓力處處相等(P 0 )(忽略氣體引起的壓差)。液相管的壓力等于內膽氣相壓力(P 0 ) 加上內膽液平面到液相管內液平面高度差(Δh) 產生的液柱靜壓(P h =ρgΔh)，液位計的讀數便是由此液柱靜壓力產生的。

2 差壓液位計的取壓結構

LNG 儲罐上的安裝結構包括儲罐內膽上部相連通的氣相導壓管、與儲罐內膽底部相連通的液相導壓管，設置在氣相導壓管和液相導壓管之間的液位計。所屬氣相導壓管包括穿設在儲罐保溫夾層中的氣相內管以及穿出儲罐外殼的氣相外管，氣相內管通過若干不銹鋼支架與儲罐外殼相連接。不銹鋼支架與所述氣相內管之間設有玻璃纖維墊層。液相導壓管包括設在儲罐保溫夾層中的液相內管以及穿出儲罐外殼的液相外管，液位計設置在氣相外管和液相外管之間。氣相外管和液相外管之間設有與液位計并聯的平衡閥。氣相導壓管的末端設有壓力表。

3 影響液位波動的因素

LNG 低溫液體較之常溫液體的液位測量有其特殊的困難。低溫儲罐絕熱設計和封閉性要求與液位信號的取出是一對矛盾 [1] ，液位計的液相導壓管與儲罐內zui低液位點連通會使低溫液體流出絕熱儲罐進入暴露于大氣中的液相導壓管和儀表后，通過其傳入的熱量使管內存在氣液共存現象。而且這種氣液共存是不穩定的，微小的誘因即可導致管內液面的大幅度震蕩。

理論上液位計氣相取壓管( 負壓腔P - ) 測得是氣相空間對液體表面產生的壓強P 0 ，液相取壓管( 正壓腔P + ) 測得是P 0 和高度為H 的液體對罐底產生的壓強即PH，用式子表示為P - =P 0 ，P + = P 0 +ρ 液 gH,ΔP= P + - P - =ρ 液 gH，換句話說保證氣、液相兩個引壓管均為氣體( 由于氣體的密度遠小于液體，氣體產生的壓強可忽略不計) 可以滿足測量精確度要求。

而實際上，液相管一端接內膽底部，另一端從外殼引出并連接液位計液相。正常情況下內膽液平面高于液相管液平面，液平面有上升趨勢，并且靠近內膽處液相管內氣體會受冷液化，另一端從外界導入熱量使液相管內液體氣化，靜置一段時間后液相管內液平面在某個位置成形平衡，zui終罐體內液位與管線內液位高度差才是液位計測試的zui終數據。假設液相引壓管中在b 點處達到氣液平衡 [3] ，用式子表示為：

P - = P 0 -ρ 氣 g(H-H L1 )，

P + = P 0 +ρ 液 gH-ρ 液 gh-ρ 氣 g(H L1 -h)，

ΔP= P + - P-=ρ 液 gH-ρ 液 gh-ρ 氣g(H+h) ；

ρ 液為400-500kg/m 3 ，ρ 氣為0.6-0.8kg/Nm 3 ，由于ρ 液>>ρ 氣，ρ 氣 g(H+h) 可以忽略不計。因此，差壓計測量液位的波動情況歸根是液相取壓管中的平衡點不穩定造成的，可引起取壓管液位波動的因素主要包括設備運行狀況、液位變化、溫度變化、壓力變化、密度變化等方面的因素，具體講：

3.1 設備本身“帶病”

一是儲罐真空度缺失，引起儲罐內外熱交換加劇引起LNG 沸騰而造成液位儀波動；二是液位計本身有問題，目前國內LNG 儲罐液位計主要是巴頓表，隨著時間的推移，表會出現不準的現象，無法消除，只能更換；三是取壓管有微漏，即使微小的滲漏也會造成液位的不準；四是氣相取壓管中進液，一般發生在儲罐液位過滿的情況；五是儲罐的遠傳變送器安裝位置不合理，因為我們觀察的是遠傳數據端的液位。

3.2 儲罐內LNG液位變化

儲罐內液位較高時液相取壓管內液位也相應較高，特別是剛剛卸完液時，由于新液溫度較低沒來得及氣化，當靜置一段時間后，液相取壓管的液柱下降趨于平衡穩定。

3.3 儲罐內溫度變化

液相引壓管液位高度與儲罐內溫度正相關，隨著儲罐內溫度T1 的上升，液相取壓管內的液位h 也不斷升高。

3.4 儲罐內壓力變化

當儲罐內溫度上升時，LNG 氣化加劇導致儲罐內壓力上升，同時儲罐內液體體積減少。

3.5 密度變化

由 ΔP=ρ LNG gH 可知，在差壓一定的情況下，ρ LNG 越大，則H 越少。因此，使用的ρ LNG 一定要通過修正，使測量液位更為準確。

4 結論與探討

為減少差壓液位計在LNG 儲罐中的測量誤差，應采取相應措施減少或避免引起誤差的因素。

(1)實現設備本質安全化從根本上改變液相取壓管氣液共存，需迫使引壓管中的液相轉化為氣相。既然無法避免熱量的傳入，就無法避免引壓管及液位計正壓腔內液體氣化，由此可直接考慮在引壓管的入口處輸入足夠的熱量進入導壓管內的液體充分氣化，引壓管的入口位置在儲罐內的zui低液位點，管內介質雖處于完全氣態，但并不會使傳遞的壓力失真 [2] 。

(2) 加強管理措施一是定時巡檢設施設備運行情況，及時發現設備設施不安全狀態，如儲罐真空度缺失，液位計、遠程變送器的失準；二是制定檢維修計劃，加強設備設施維護保養；三是通過引壓管的平衡閥、放散管放散或對遠傳變送器及管道進行吹掃，使設備內部氣相部分和液相部門壓強保持平衡，減少憋壓；四是真正實現高液位、高高液位自動連鎖切斷功能，避免液體進入引壓管。

(3) 剛進行完卸液、加液( 氣) 作業后不可立即去讀數，等靜置一段時間后，液相取壓管氣相和液相平衡后再讀取液位值。

(4) 通過實驗的方法獲得實際高度H 和液相取壓管中影響高度h 的數據模型，用T 2 ( 環境的溫度)、T 1 ( 儲罐內的溫度)、P( 儲罐壓力) 和修正曲線及表格來計算h，實現實際液位H′( 液位計顯示高度)+h 的查表計算，然后通過運行一段時間站點的記錄數據來修正曲線及表格，實現通過修正計算的方法得到LNG 儲罐內真實液位的方法。

(5)LNG 的密度與溫度之間的關系雖然很難用絕對精確的數學模型表示, 但在飽和狀態下LNG 的密度與溫度之間的關系是一定的, 而且在一定溫度范圍內可以用統計分析的相關工具擬合出一條近似曲線來表示它們之間的這種關系將密度對液位的影響盡可能的減小。

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