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摘 要 ：在化工設(shè)計(jì)中，液位儀表的作用非常重要，但常規(guī)液位計(jì)因?yàn)槭茏陨頊y量原理影響，大多需與工藝介質(zhì)接觸，在一些高壓、高黏、結(jié)晶、自聚場合存在局限性。外測液位計(jì)采用聲納原理，安裝于罐體外壁，與工藝介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了隔離，是一種xj****且前途廣泛的新型液位計(jì)。對外測液位計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，并與其他類型液位計(jì)進(jìn)行了比較，zui后對設(shè)計(jì)過程中，外測液位計(jì)選型應(yīng)該注意的問題進(jìn)行了探討。
石油化工裝置工藝復(fù)雜，多高溫高壓，易燃易爆，安全問題不容忽視。液位儀表，可以隨時(shí)反映出裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，與整個(gè)工廠的安全息息相關(guān)。液位計(jì)形式多樣，選用一臺(tái)合適的液位計(jì)至關(guān)重要，在一些高粘、結(jié)晶等場合，傳統(tǒng)接觸式液位計(jì)經(jīng)常發(fā)生卡球、掛纜、泄漏、波動(dòng)、虛假液位等現(xiàn)象，為解決這些問題，外測液位計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。
1 幾種常用的遠(yuǎn)傳液位計(jì)
常規(guī)液位計(jì)中，差壓式液位變送器、雷達(dá)液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、浮筒液位計(jì)等應(yīng)用較為廣泛，但它們因受自身測量原理影響，都存著一定的不足。
1.1 差壓式液位變送器
雙法蘭（或單法蘭）差壓式變送器是利用罐內(nèi)液位改變時(shí)，液位產(chǎn)生的靜壓也隨之變化的原理工作的。
優(yōu)點(diǎn) ：穩(wěn)定性好，性價(jià)比高，不受罐內(nèi)件影響。
缺點(diǎn) ：需接觸介質(zhì)，受密度影響大，在毛細(xì)管過長時(shí)存在滯后。
1.2 雷達(dá)液位計(jì)
雷達(dá)液位計(jì)分非接觸式雷達(dá)和導(dǎo)波雷達(dá)兩種，原理是液位計(jì)向液面發(fā)射高頻雷達(dá)脈沖（導(dǎo)波雷達(dá)沿鋼纜、探棒），然后測量發(fā)射波和回波的時(shí)差，從而計(jì)算出液面高度。
導(dǎo)波雷達(dá)優(yōu)點(diǎn) ：不受溫度、蒸汽、粉塵、泡沫等的影響。
缺點(diǎn)：以接觸介質(zhì)，對介電常數(shù)有要求，鋼纜、探棒易掛料，鋼纜可能脫落。
非接觸式雷達(dá)優(yōu)點(diǎn) ：不接觸介質(zhì)。
缺點(diǎn) ：對介電常數(shù)有要求，不適合汽化、帶泡沫介質(zhì)，對安裝位置、法蘭高度有限制。
1.3 磁致伸縮和浮筒液位計(jì)
磁致伸縮液位計(jì)原理是利用發(fā)送器發(fā)送低電流脈沖信號(hào)，沿磁致伸縮線向下傳輸，產(chǎn)生環(huán)形磁場，當(dāng)磁場遇到浮球時(shí)，和浮球內(nèi)磁場產(chǎn)生扭應(yīng)力脈沖，被接收器接收，根據(jù)脈沖發(fā)出到接收的時(shí)間差，計(jì)算出液位高度。
浮筒液位計(jì)是基于浮力原理，扭力管受到浮筒所產(chǎn)生的扭力矩時(shí)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，變送器把這個(gè)角度轉(zhuǎn)換成4~20mA 信號(hào)，與被測量的液位成正比。
優(yōu)點(diǎn) ：精度高，可用于短間距。
缺點(diǎn) ：接觸介質(zhì)，不適合黏稠介質(zhì)，浮球易卡死，不能用于小密度，維修費(fèi)用高。
以上是在化工設(shè)計(jì)中常見的一些液位計(jì)，可以看到，除非接觸式雷達(dá)不與工藝介質(zhì)有直接接觸外，其它液位計(jì)都與工藝介質(zhì)接觸，且所有液位計(jì)都需在設(shè)備上開安裝孔。這些因素，使液位計(jì)在某些苛刻工況下選型十分困難。
2 外測液位計(jì)的原理和組成
2.1 外測液位計(jì)的原理
外測液位計(jì)是一種利用聲納測距原理，并采用微振動(dòng)分析技術(shù)，從容器外測量液位的新型液位儀表。聲納測距原理 ：由吸附在儲(chǔ)罐底部的液位探頭發(fā)射聲波，穿透罐壁并在液體內(nèi)傳播，當(dāng)聲波到達(dá)液面時(shí)，會(huì)被反射一部分形成回波，回波信號(hào)到達(dá)罐底，穿透罐壁，被液位探頭接收，并傳至液位計(jì)主機(jī)內(nèi)。根據(jù)發(fā)射和接收到回波的時(shí)間差，計(jì)算出液位高度。
微振動(dòng)分析技術(shù) ：實(shí)際生產(chǎn)中工況復(fù)雜，罐型不同 ；罐內(nèi)有內(nèi)件、盤管 ；工藝介質(zhì)黏稠、含雜質(zhì) ；溫度變化等。這些因素會(huì)產(chǎn)生很多干擾信號(hào)，讓液位探頭接收到的回波信號(hào)變復(fù)雜，微振動(dòng)分析技術(shù)會(huì)自動(dòng)判斷正確的液位信號(hào)，很好地解決回波干擾問題。
自動(dòng)校準(zhǔn)功能 ：當(dāng)液體的溫度、成分發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對聲納信號(hào)在液體里的傳播速度產(chǎn)生影響，帶來測量誤差。為確保儀表測量精度，可在容器內(nèi)加裝校準(zhǔn)器，用校準(zhǔn)探頭測量校準(zhǔn)器內(nèi)液柱的長度（校準(zhǔn)器長1m），得到聲納在液體里的實(shí)際傳播速度，在液位計(jì)主機(jī)內(nèi)對液位的測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償修正，消除液體溫度和成分變化對測量精度的影響。
2.2 外測液位計(jì)的組成
外測液位計(jì)由液位探頭、校準(zhǔn)探頭和液位計(jì)主機(jī)三部分組成，針對不同場合，還可設(shè)置校準(zhǔn)器、轉(zhuǎn)向器、探頭安裝座、儀表保護(hù)箱等組件。
液位探頭直接吸附在罐底的外壁上，負(fù)責(zé)發(fā)出聲納和接收回波。
校準(zhǔn)探頭在罐體外壁的安裝形式同液位探頭。
轉(zhuǎn)向器一般用于罐底無法安裝液位探頭的工況，將液位探頭安裝在罐體側(cè)面，再通過轉(zhuǎn)向器將聲波反射到液面。液位計(jì)主機(jī)安裝在被測容器旁，將檢測信號(hào)進(jìn)行接收、分析和計(jì)算后，轉(zhuǎn)變成4~20mA 標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)，傳輸 DCS 進(jìn)行集中顯示，也可提供 MODBUS、TCP 等通訊方式。
3 外測液位計(jì)的優(yōu)勢和不足
3.1 外測液位計(jì)的優(yōu)勢
（1）可不接觸容器內(nèi)的介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)隔離，安全性高，適合各種惡劣工況、危險(xiǎn)環(huán)境，不會(huì)出現(xiàn)磨損、腐蝕等情況，可靠耐用，維護(hù)工作量小。
（2）無需在容器上開孔，解決了在線安裝、調(diào)試問題，安裝方便，實(shí)施簡單，很適合在在線改造項(xiàng)目中應(yīng)用。
（3）自動(dòng)實(shí)時(shí)在線校準(zhǔn)，測量精度高，減少調(diào)校工作量，降低人工成本。
（4）測量范圍寬，可達(dá)30m ；測量精度高，可達(dá) ±0.1%。
（5）適用于油罐車、化學(xué)液體運(yùn)輸車輛的液位連續(xù)測量，無需對罐車進(jìn)行改造。
3.2 外測液位計(jì)的不足
（1）不能測固體物料、漿料、乳濁液、懸濁液等介質(zhì)，也不能用于嚴(yán)重沉積和結(jié)晶液體。
（2）介質(zhì)動(dòng)力黏度不能大于30mPa · s，介質(zhì)溫度不能超過 -40~220℃。
（3）容器底部存在300mm 盲區(qū)。
（4）當(dāng)容器壁為多層材料時(shí)，層間需緊密接觸，無氣泡或氣體夾層。容器的內(nèi)外壁表面需平整，且弧度不能過大。
（5）不宜用在容器內(nèi)有攪拌、隔板的場合。
4 外側(cè)液位計(jì)的選型和應(yīng)用
在設(shè)計(jì)工作中，根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目不同，做出合理、優(yōu)化的
外測液位計(jì)選型方案。從投產(chǎn)應(yīng)用的情況來看，效果很好。
4.1 丁二烯
在某橡膠項(xiàng)目中，需對球罐中的丁二烯進(jìn)行液位測量，丁二烯易自聚產(chǎn)生高分子聚合物，普通液位儀表選用受限較大。根據(jù)《罐區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定》要求“每座壓力儲(chǔ)罐應(yīng)配備兩套***立且不******型的液位測量儀表”，本項(xiàng)目若選用常規(guī)接觸式液位計(jì)，丁二烯在檢測口死角處自聚的可能性非常大，所以液位計(jì)選型優(yōu)先考慮非接觸式。zui終，在罐頂設(shè)置了一套非接觸式雷達(dá)液位計(jì)，在罐底設(shè)置了一套外測液位計(jì)。
經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用后，外測液位計(jì)測量準(zhǔn)確，效果很好。
4.2 液氨
在某液氨球罐設(shè)計(jì)中，外測液位計(jì)也有良好的應(yīng)用。儲(chǔ)罐內(nèi)的液氨是一種無色、有刺激性氣味的有毒液體，具有一定的腐蝕性。因液氨密度受溫度影響較大，差壓式液位計(jì)在本項(xiàng)目中不適用，zui終選用外測液位計(jì)進(jìn)行檢測。
4.3 高壓儲(chǔ)罐
在某高壓加氫裝置中，因高壓儲(chǔ)罐上原液位計(jì)參數(shù)不穩(wěn)，業(yè)主想新增一臺(tái)液位計(jì)與之比對。但該高壓容器現(xiàn)場安裝空間狹小，不具備重新開口條件，后經(jīng)協(xié)商，決定采用一臺(tái)外測液位計(jì)，既避免了裝置停車動(dòng)火帶來的經(jīng)濟(jì)損失，又杜絕了壓力容器新增泄漏點(diǎn)的安全隱患，安裝簡單、準(zhǔn)確可靠，可謂一舉三得。
4.4 其他
外測液位計(jì)在一些介電常數(shù)較低，如液化氣（介電常數(shù)<1.9）或液面含有大量氣泡等雷達(dá)液位計(jì)不宜使用的場合，可以很好地替代雷達(dá)液位計(jì) ；在一些強(qiáng)腐蝕的酸堿儲(chǔ)罐，如液氯儲(chǔ)罐等，外測液位計(jì)也大有用武之地。外測液位計(jì)常見可用介質(zhì)包括液氯、液化氣、液氨、乙烯、丁二烯、汽油、柴油、苯、液溴、鹽酸、堿液、******、甲醇、氯乙烯、氫氟酸、乙二醇、丙烷、石腦油、環(huán)氧乙烷、二甲醚。
5 結(jié)束語
外測液位計(jì)因其可在線安裝、調(diào)試，無需在容器上開孔作業(yè)，與工藝介質(zhì)完全隔離等特點(diǎn)，用途非常廣泛，特別在易燃易爆、劇毒、腐蝕性強(qiáng)、黏稠、高壓、無菌等場合優(yōu)勢尤為突出。隨著人們對環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日漸加強(qiáng)和對人身安全的逐漸重視，在經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的當(dāng)代，這種非接觸型的外測液位計(jì)以其安全性高，維護(hù)量小的優(yōu)勢，將會(huì)越來越受到人們的歡迎，成為液位檢測儀表家族中的佼佼者。