1　前言

隨著(zhù)我國科技進(jìn)步以及社會(huì )經(jīng)濟需要，石油化工行業(yè)一直保持著(zhù)極高的發(fā)展速度，作為配套設施的罐區，球罐的自動(dòng)化水平也得到了較為明顯的發(fā)展。市場(chǎng)競爭日趨激烈，為了在保證安全質(zhì)量的前提下追求設計效率#高、成本#低，操作#優(yōu)的目標，結合生產(chǎn)現場(chǎng)應用經(jīng)驗和對于多個(gè)廠(chǎng)家的產(chǎn)品研究，提出采用伺服和雷達液位搭配使用，統一乙烯等球罐液位計接口尺寸等設計規格，實(shí)現標準化設計的方案。

 

2　球罐液位儀表設計選型

球罐配置的儀表主要由開(kāi)關(guān)閥，液位計，溫度計以及壓力計組成，如圖1所示。

按照規范SH/T3184-2017要求，儲罐應在罐頂設置兩套配備罐旁指示儀的液位連續測量?jì)x表，其中一套用于控制系統中設置高低液位報警，球罐液位測量主要目的是監控球罐介質(zhì)液位高度。同時(shí)為保證球罐安全運行，還應該根據工藝要求在控制系統中設置高高、低低液位的報警以及聯(lián)鎖信號，且參與液位聯(lián)鎖的測量?jì)x表要單好設置，不能和液位監視儀表混用[1]。

 

日常設計中常用于儲罐液位連續測量的儀表主要有雷達液位計、伺服液位計、磁致伸縮液位計、靜壓式液位計等，幾種液位計都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及實(shí)用案例，在本次標準化設計中，選擇伺服與雷達液位計同時(shí)使用的設計方案，伺服液位計進(jìn)行聯(lián)鎖，而雷達液位計進(jìn)行指示報警。此方案中兩種液位計的選型、應用分析以及解決方案如下：

（1）伺服液位計

伺服式液位計是一種多功能儀表，既可以測量液位，也可以測量界面、密度或罐底等參數，一直被廣泛地用于球罐液位的高精que度測量。如圖2所示。

伺服液位計主要由浮子、鋼絲、伺服變送器組成。浮子在介質(zhì)中的位置是由伺服機構的平衡來(lái)確定的。伺服機構在微處理器的控制下進(jìn)行測量。力矩傳感器判斷浮子的浮力信號（浮子重量和浮力綜合信號）和微處理器的測量要求，發(fā)出控制信號到控制器，決定伺服馬達的方向和轉角，平衡后浮子的位移（線(xiàn)軸轉角）由轉角變換器變成脈沖信號送入微處理器，#后由微處理器輸出信號給控制或聯(lián)鎖系統[2]。

 

伺服液位計的優(yōu)點(diǎn)十分明顯：功能強大，可以測量液位、界面、密度等參數；測量精度高，可以輕松達到±1mm，同時(shí)重復性也可以達到±0.1mm。

 

伺服液位計的缺點(diǎn)主要是儀表結構相對復雜，鋼絲馬達等部件之間難免會(huì )因長(cháng)期使用出現機械磨損，日后維護成本會(huì )相對提高。另外由于其屬于浮子接觸式的測量方式，因此對于液面以及球罐內介質(zhì)的穩定性要求較高，當液面波動(dòng)較大時(shí)可能會(huì )對測量造成較大影響。

 

針對上述問(wèn)題，綜合參考了不同項目、不同廠(chǎng)家的不同產(chǎn)品，#終選用過(guò)程接口尺寸為6"的伺服液位計，同時(shí)將導向管的尺寸也定為6"，對于導向管上的開(kāi)孔，建議開(kāi)孔直徑為φ20mm，雙排對向錯開(kāi)150mm，單排孔間隔為300mm，導向管內側光滑且不可帶有毛刺，導向管的垂直度不能大于垂直偏差值，如圖3所示。通過(guò)以上設計，主要是為了保證導波管內液體的穩定，同時(shí)可以滿(mǎn)足磁浮子垂直度要求并且能夠更好地避免液位波動(dòng)導致浮子碰壁的情況發(fā)生，從而#大限度地保證液位計測量的準確性以及可靠性。

針對導向管底部要求采用可拆卸不封閉式的設計，這樣可以保證#低測量液位不會(huì )受到#低開(kāi)孔位置的影響，同時(shí)可拆卸式的設計也可以更好滿(mǎn)足日后維護的需要，如圖4所示。

 

（2）雷達液位計

雷達液位計利用電磁波經(jīng)天線(xiàn)向被探測容器的液面發(fā)射，當電磁波碰到液面后反射回來(lái)，儀表檢測出發(fā)射波及回波的時(shí)差，從而計算出液面的高度[3]，如圖5所示。被測介質(zhì)導電性越好或介電常數越大，回波信號的反射效果越好。

雷達液位計主要由發(fā)射和接收裝置、信號處理器、天線(xiàn)、操作面板、顯示等幾部分組成。發(fā)射—反射—接收是雷達液位計工作的基本原理，分為時(shí)差式和頻差式。

 

時(shí)差式是發(fā)射頻率固定不變，通過(guò)測量發(fā)射波和反射波的運行時(shí)間，并經(jīng)過(guò)智能化信號處理器，測出被測液位的高度。這類(lèi)雷達液位計的運行時(shí)間與液位距離的關(guān)系如式（1）所示：

   　　　t=2d/C 　　 （1）

式中t為探頭從發(fā)射電磁波至接收到反射電磁波的時(shí)間；d為被測介質(zhì)液位和探頭之間的距離；C為電磁波傳播速度，C=300000km/s。

 

頻差式的發(fā)射頻率不是一個(gè)固定頻率，而是等幅可調頻率。雷達液位計向液體表面發(fā)射具有連續變化頻率的微波信號，當信號向下抵達液體表面并返回天線(xiàn)時(shí)，它將與此時(shí)正在發(fā)射的信號混合；當回波信號向下抵達液體表面并重新返回時(shí)，發(fā)射的信號已經(jīng)輕微改變；當把發(fā)射信號與接收信號混合時(shí)，產(chǎn)生一種與液體表面距離成比例的低頻信號，并由此計算出準確度極高的測量值。

 

由于雷達液位計是利用非接觸雷達測量方法，無(wú)可動(dòng)零件進(jìn)入球罐的內部環(huán)境且不與介質(zhì)接觸，因此雷達液位計幾乎免維護、無(wú)掛料、壽命長(cháng)，且安裝簡(jiǎn)單、標定簡(jiǎn)單，也不易受到液面波動(dòng)變化等影響，特別適用于大型立罐和球罐的測量，故而在此次標準化設計中將雷達液位計作為液位監視儀表。

 

雷達液位計的缺點(diǎn)是儲罐內液體介電常數低，雷達反射波減弱，或者儲罐內液體可能產(chǎn)生嚴重擾動(dòng)的場(chǎng)合會(huì )導致測量的效果受到較大影響。為了減小這些因素對于雷達液位計測量效果的干擾，可以在儲罐內設置導波管，將雷達天線(xiàn)安裝在導波管內，以#大限度地保證雷達液位計的測量精度。為了避免假反射的出現，可以配套反射板處理過(guò)強的虛假反射信號，以提高測量效果，可按照標準的導波管外形尺寸，設計在導波管上自由拆裝的反射板，避免影響設備的正常運行以及維護。如圖6所示。

3　結論

采用同時(shí)安裝伺服液位計和雷達液位計的工藝方案，通過(guò)伺服液位計對儲罐液位進(jìn)行安全聯(lián)鎖，通過(guò)雷達液位計進(jìn)行可靠的信號輸出，可實(shí)現儲罐的精準計量、安全操作。與此同時(shí)，還可以統一同類(lèi)型裝置的接口規格標準，實(shí)現同類(lèi)乙烯等產(chǎn)品球罐的標準化設計，大幅提高設計效率，降低成本。