液位变送器在油库计量中的行业应用

液位变送器在油库计量中的行业应用（精选3篇）

液位变送器在油库计量中的行业应用 篇1

液位变送器在油库计量中的行业应用

摘要： 差压式液位计所测量的结果是压力差，而由于油罐往往是圆柱形，其截面圆的面积S是不变的，那么，重量与高度成正比关系。即只要准确地检测出P值，就可以得到实际油品的库存量G，从公式还可知其密度与高度h成反比，在温度变化时，虽然油品体积膨胀或缩小，实际液位升高或降低，所检测到的压力始终是保持不变的。如果用户需要显示实际液位，也可以引入介质温度补偿予以解决。

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一、引言

在目前的油库油罐液位的测量设计中，比较流行的是采用雷达液位计或浮球、浮标、钢带式液位计等。雷达液位计虽然精度高但成本也高，而浮标、浮球等液位计，安装、维护比较麻烦。差压式液位计，在锅炉汽包等密闭容器中应用广泛，但测量结果并非真正液位，因此在油罐液位测量的设计鲜有应用。其实油库油罐的精确液位，并不十分重要，用户实际要了解的并不是液位，而是通过测量液位来了解油罐中油品的实际数量(即吨数)，从而防止满溢。由此分析采用差压法来测液位(实际为吨数)也不失为一个好的选择。因为目前差压变送器的应用十分成熟，象1151、3051以及EJA等差压变送器，技术十分完善，精度可达0.075级，而且价格大幅下跌，性能价格较高。

二、设计原理

顾名思义差压式液位计所测量的结果是压力差，而由于油罐往往是圆柱形，其截面圆的面积S是不变的，那么，重量与高度成正比关系。即只要准确地检测出P值，就可以得到实际油品的库存量G，从公式还可知其密度与高度h成反比，在温度变化时，虽然油品体积膨胀或缩小，实际液位升高或降低，所检测到的压力始终是保持不变的。如果用户需要显示实际液位，也可以引入介质温度补偿予以解决。

三、实际应用

差压变送器在温州新世纪油库项目，笔者将此思路应用到实际设计中。设计条件：2000m3油罐，直径d=14.5m，高度h=14m。

一次表：选用温州中大自动化仪表有限公司的ZD-1151LT法兰式隔爆差压变送器，选用法兰式是防止罐底脏物沉淀而堵塞引压管，变送器量程0～140kPa。

二次表：选用中大公司的XWP-T803系列智能光柱显示报警仪，万能信号输入，可任意改变量程，用光柱显示液位，用数字显示油品的吨数。以6#罐为例，高为14m。

在油罐顶部，设计一套液位报警装置，防止油品满溢，作为双保险。在应用中由于测量值直接为吨数，故油罐不论贮存何种油品，二次表显示的值是油罐内油品的吨数，避免了需要测定密度进行换算的麻烦。

一般情况油品出入库往往是采用泵输送经过椭圆齿轮流量计计量，由于流量计的精度有限，最高也只有0.2级，还需测密度计算，其结果往往有些出入，从而造成计量纠纷。现在因为油罐测量的结果为吨数，而且精度可达到0.2级甚至0.1级，因此，与容积式流量计相比，计量结果更准确。虽然在小数量的油品出入库时，由于分辨率的原因，测量的结果绝对误差较大，但在大数量的油品出入库时，其较高的精度和较小的相对误差，是其它计量手段所无法比拟的，特别适合月度、季度、年度的盘存。实践表明其主要优点有：①安装维护简单方便;②读数直观直接明确，可直接读出油品的库存量;③免除了密度的测定和换算。

四、注意问题

(1)设计和安装时应考虑油罐底部的取压开孔尽可能放低，以消除温度变化而造成的误差，必要时引入温度补偿。

(2)在油罐的罐体水平截面不等的情况下(如上小下大)，要考虑补偿措施。如二次表选用XWP-C803系列液位-容量控制仪。

(3)为达到一定精度，如油罐顶部装有呼吸阀时，必须采用差压变送器而不能采用压力变送器。对敞口油罐或精度要求不高时，可直接采用压力变送器以方便安装。

(4)二次表尽量采用智能表，可方便改变量程，实现温度补偿等。

(5)安装时差压变送器的负压室要安装集水器，并要经常排污，以免积水影响准确度。

液位变送器在油库计量中的行业应用 篇2

核电常规岛高压加热器 (高加) , 是核电回热系统中重要的加热设备, 其运行状况的优劣不仅影响机组的安全, 同时对机组的经济性也有较大的影响。要使加热器安全经济运行, 首先应保证加热器在正常、稳定的水位下运行, 水位测量的准确是前提性条件。常规火电厂通常的做法是通过平衡容器和普通差压变送器进行测量, 而三门核电是使用霍尼韦尔ST3000系列双法兰远传式差压变送器。介绍双法兰差压变送器测量液位原理和在三门核电的应用。

1 双法兰差压变送器

法兰变送器是在普通的变送器基础上增加了一个远程密封装置构成的, 所以也叫远传式变送器或隔膜密封式变送。远程密封装置由法兰膜盒、毛细管和毛细管内的填充液三部分组成。工作时, 被测介质作用在法兰膜盒的隔离膜片上, 使膜片产生变形然后通过毛细管内的填充液, 将压力传到变送器的敏感元件, 经转换, 仪表便输出相应的信号。以下情况需要用到法兰变送器:过程温度超出变送器的正常工作范围, 而且不能用导压管把温度调节至极限范围内;过程具有腐蚀性, 需要频繁更换变送器或使用特殊结构材料;过程中含有悬浮固体颗粒或者具有粘滞性, 可能会堵塞导压管;要求使用卫生连接件;要求能够轻松清洗连接件位置, 以避免批次间的污染;参考液柱不稳定, 需要更换湿/干柱以减少维护工作, 或需要重新灌充/排干;需要测量密度或界面;变送器或导压管中的过程介质可能冻结或凝固。

双法兰差压变送器测量液位的原理和普通差压变送器测量液位的原理是一样的, 所不同的是引压方式。容器中的液体或物料受重力的作用, 会对容器底部或侧壁产生一定的静压力P。当液体或物料的密度均匀时, 此静压力与液体的高度h成正比, 使用变送器测出容器底部的静压力, 就可知道液位高度。

2 安装和调试

双法兰液位变送器的正确规范安装以及与安装方式对应量程、上限、下限的计算和设置决定了液位测量的正确性和准确性。根据双法兰变送器的特点, 对变送器位于两个法兰中间、下部法兰下方和上部法兰上方等3种安装以及安装方式对应的参数计算和设置方法进行比较分析。

2.1 变送器安装在两个法兰中间

差压变送器安装高度在两个法兰中间, 变送器的正压测接下部法兰, 负压侧接上部法兰, 这种安装方式符合工作人员的习惯及常识, 如图1所示。

图1中, H为高加内的实际液位;

h为高加内的上部法兰和下部法兰之间的距离;h1为变送器负压侧和高加上部法兰之间的高度;h2为变送器正压侧和高加下部法兰之间的高度;P0为设计工况下高加内的压力;ρ水为设计工况下高加内水的密度;ρ介为毛细管内所充介质的密度。

在高加内水的高度为H时, 其变送器正压测所受的压力为:

变送器负压侧所受的压力为:

所以, 变送器正负压侧的差压:

当液面最低H=0时, ΔP1=-ρ介gh;当液面最高H=h时, ΔP2=-ρ水gh-ρ介gh。

所以变送器要做负迁移, 迁移量:

所以变送器需要校验的量程为:

利用手操器将变送器的零点设置为-ρ介gh, 满点设置为ρ水gh-ρ介gh, 其对应输出为4~20m ADC。

2.2 变送器安装在两个法兰下方

变送器位于下部法兰下面, 和图1一样使用常用的高压侧接下面、负压侧接上面的引压方式, 变送器的布置和常规电厂高加液位测量以及常见密闭容器测量液位一样, 如图2所示。这种安装方式一般需要把变送器布置于容器所在平台的下一层。

变送器正压侧所受的压力为:

变送器负压侧所受的压力为:

所以, 变送器正负压侧的差压:

当液面最低H=0时, ΔP1=-ρ介gh;当液面最高H=h时, ΔP2=-ρ水gh-ρ介gh。

所以变送器要做负迁移, 迁移量:

所以变送器需要校验的量程为:

利用手操器将变送器的零点设置为-ρ介gh, 满点设置为:ρ水gh-ρ介gh, 其对应输出为4~20m ADC。

2.3 变送器安装在两法兰上方

变送器位于上部法兰上面, 引压方式和上述两种方法一致, 如图3所示, 但这种布置方式很少用到。

变送器正压侧所受的压力为:

变送器负压侧所受的压力为:

所以, 变送器正负压侧的差压:

当液面最低H=0时, ΔP1=-ρ介gh;当液面最高H=h时, ΔP2=-ρ水gh-ρ介gh。

所以变送器要做负迁移, 迁移量:

所以变送器需要校验的量程为:

利用手操器对变送器的零点设置为-ρ介gh, 满点设置为:ρ水gh-ρ介gh, 其对应输出为4~20m ADC。

2.4 调试安装

通过上面3种安装方式的计算, 可以看出, 双法兰差压变送器在高加液位测量中, 无论变送器安装在取压口的任何位置, 其迁移量和量程都是不变的。其安装位置对变送器的量程以及迁移量是没有影响的。在对变送器相关参数进行计算时, 毛细管填充液的密度ρ介是已知的, 通过设计文件或者现场精确测量可以得到两个法兰的安装距离h, 这样可以方便计算出液位变送器的量程L和迁移量A。然后用HART手操器对变送器的零点和满点进行设置。

双法兰差压变送器的校验和普通差压变送器类似, 但需要考虑毛细管内的液位变化带来的压力变化。所以需将变送器的两个法兰置于同一水平面上, 用法兰连接头连接变送器毛细管法兰和压力校验仪, 压力平稳升至最大量程, 并保持5min, 确认毛细管无泄漏, 然后用5点法在ΔP1到ΔP2范围内进行校验。校验过程中, 膜片朝下放置可能会损伤膜片表压, 应做好保护。

变送器校验合格后, 安装前应检查法兰与毛细管、毛细管与变送器的连接部分及毛细管本身是否有液体泄漏;法兰膜片有无变形、损伤、腐蚀。安装时, 为减小环境温差的影响, 可将高、低压侧的毛细管束在一起, 并将毛细管束绑扎以免振动等的影响, 超长部分的毛细管应卷在一起固定;弯曲毛细管时, 弯曲半径不应小于150mm, 以免管截面变小, 影响压力传送, 降低灵敏度;安装过程中, 避免扭曲、挤压毛细管。

三门核电采用第一种安装方式, 为了运行巡检及维护方便, 各个高加的3个液位变送器统一安装在一个仪表架内。仪表架布置在和高加同一平台且周围环境温度相对稳定的地方, 这样可以减小或者消除因周围环境温度变化导致毛细管填充液膨胀收缩引起的附加误差。

3 和普通差压液位变送器的比较

(1) 省去了平衡容器和仪表管, 减少维护工作。

由于变送器毛细管内充满介质, 所以省去了平衡容器、参比液柱和仪表管, 减少了设备投入以及这些设备的日常维护工作, 同时也消除了因平衡容器内液位变动, 仪表管堵、漏和有不凝性气体引起的附加误差。

(2) 省去了阀组, 减少了阀组的投入以及日常维护工作。

(3) 因法兰膜盒离变送器本体远, 而且毛细管内充满隔离介质, 所以在合理选择毛细管介质的情况下, 可以测量更高的温度, 不需要很长的仪表管对接液进行冷却。

(4) 安装方便, 可以和高加布置在同一层平台, 不用考虑引压点的位置, 巡检及维护方便。而普通差压变送器测量液位需要通过很长的仪表管, 引压到更低一层的平台, 增加了投入及维护难度。

(5) 测量精度和普通差压变送器几乎相同。

(6) 因为双法兰差压变送器比普通变送器多了一个远传密封装置, 所以仪表的结构相对较为复杂, 材质要求高, 价格也更贵。

4 结语

经过正确的校验、安装和调试, 使用双法兰能准确地测量高加液位, 和使用普通差压变送器测量液位相比, 优点明显, 维护相对减少, 而且布置更加灵活。

参考文献

[1]顾军.AP1000核电厂系统与设备[M].北京:原子能出版社, 2010

[2]刘敬文.双法兰差压变送器液位测量校验全面解析[J].石油化工自动化, 2006

液位变送器在油库计量中的行业应用 篇3

1 雷达液位计的应用

1.1 雷达液位计的选型

储油罐液位仪表的选用主要考虑以下因素:

a.油罐大小。对于50km3的大型油罐,应选择可靠性较高的仪表。

b.使用目的。对于直接输转或装船的油罐,要选用精度较高的贸易级而不是过程监控级仪表。

c.储存介质特性。因原油粘度大、凝点高,应选用非接触式仪表。

d.操作维护性。应选用易操作、易维护、易安装和维护费用低的仪表。

e.数据传输性能。要求仪表数据能实现远传并就地显示,接口要标准化。

考虑到以上问题,该油库选用了SAAB雷达液位计。SAAB ROSEMOUNT雷达液位计的特点是:采用调频连续波(Frequency-Modulated Continuous Weve,FMCW)原理,工作基本频率为10GHz;与被测量介质不接触;平均无故障工作时间(MTBF)为65年;测量不受环境温度影响,内部的恒温和自校准技术保证了没有偏移;可以接入就地显示单元,可以实现温度和其他测量信号的就地显示;无移动部件,无需维修,维护工作量小;可靠性高,精度高,能提供±0.5mm计量级液位精度;容易安装,无需特别的工具和方式;超高灵敏度与独特信号处理的能力使之能有效处理复杂的工艺条件;具有高度灵活性,发射器头与天线都有互换性;能使用基于微软视窗的PC软件或经就地带键盘的显示器实现人-机对话式的设置;输出为可选的4～20mA叠加HART信号,数字式Profibus DP或TRL2现场总线信号。

1.2 实际生产中液位计系统的组成

SAAB雷达液位计(图1)主要由3部分构成:RTG(Radar Tank Gauge)是安装在罐顶的雷达液位测量装置,它不与被测介质直接接触;DAU(Data Acquisition Uint)用来连接外部的传感器等,有SDAU和IDAU两个型号,除了有温度测量接口外,还可以连接温度变送器;FCU(Fileld Connection Unit)是一个Gata Way和数据收集器,在上位计算机和现场总线之间起连接作用,每台设备最多可连接4条现场总线,每条总线最多可挂8个单元,也就是说,一台最多可连接32个罐。

现场RTG和DAU通过屏蔽双绞线与FCU相连,FCU与RTG的通信采用TRL/2现场总线,该总线传输可靠,传输距离长(可达到4km),FCU和上位计算机采用RS-223C连接,TRL/2现场总线和RS-223C都通过Modbus RTU通信协议进行通信[1]。

2 雷达液位计在工作中出现的故障及解决方法

2.1 通信问题

若通过上位机软件TankMater连接,和雷达表头通信不上,读不到其UI号。首先需要查看上位机是否工作正常,若其他罐液位温度显示正常,则可排除上位机、软件工作不正常;其次需要查看机柜中雷达液位计的供电线路、信号线路是否畅通,例如:保险是否完好、电缆线是否有接地状况、220V电压是否送出等,如有相应状况则应处理后检查雷达表头是否通信正常;再次需要登上罐顶,检查接线端口是否密封正常,不应有液体进入,避免其造成短路,腐蚀接线端子和电子元件。

经过以上检查,都没有发现问题,则判断为雷达表头有板卡或元件损坏,需要拆开防护罩,将雷达表头取回实验室进行进一步检测。

雷达表头主要由以下几个卡件组成:变压器整流卡件TRC(Transformer Rectifier Card),ROSE-MOUNT雷达液位计提供交、直流自适应式24～240V电源TRC,它主要起到交、直流转换的作用;现场通信卡件FCC(Field Communication Card),FCC负责处理与外部装置的通信,不同的现场通信卡件对应不同的协议(Hart、FF及Modbus等);信号处理卡件SPC(Signal Processing Card),SPC主要通过远程编程来保存特定监测器数据;模拟处理卡件APC(Analogue Processing Card),APC主要用于模拟输入信号的滤波和多路复用传输,通过使模拟电路集中在单独的卡件上,可得到极高的信噪比;变送器接口卡件TIC (Transmitter Interface Card),本质安全辅助输入需要使用此卡件;温度多路复用卡件TMC(Temperature Multiplexer Card),TMC用于连接多达6台的温度传感器,包括平均温度传感器和单点温度传感器;主板MB(Main Board),MB主要用于连接各功能卡件。

日常仪表维护人员或仪表技术员对雷达表头各板卡工作原理并不一定十分精通,所以只需要判断出问题所在即可。在了解各块板卡功能后,可以采取通过跟备用件逐一更换板卡的方式来判断板卡的好坏,并及时更换,报与厂家进行专业维修和处理。

2.2 虚假液位

实际工作中可能出现上位机液位显示为一个固定值,不随罐内原油实际液位升、降而改变的情况。原因是:

a.原油是高粘度、高凝点液体,实际储存中往往需要进行蒸汽伴热使原油保持一定流动性,蒸汽温度过高会产生大量油气,如排出不及时,长时间运行会腐蚀导波管;

b.高液位到低液位时,如果室外温度低,则罐壁、导波管温度远低于罐内原油温度会导致导波管挂有原油。

一旦出现液位信号变弱或者干扰信号变强的现象,应首先考虑对天线进行清理;其次查看导波管内是否有障碍物。

2.3 液位在过高或过低时测量不准

雷达液位计在测量罐顶时,考虑到被测介质对天线腐蚀性及粘附影响,液面要与天线保持一段距离;在测量罐底时,发射波可能穿透罐底液面,打到罐底,这样反射回来的波就是干扰波,或者罐底为凹形或锥形时,当液面低于此点时,雷达液位计也无法测量,因此在信号处理上,要注意上、下门限值的选定[2]。

2.4 上位机显示液位值为灰色不变值

该情况的发生是由于在有效的测量范围内没有接收到超过阈值电压的回波。进行检测时,需要实际液位在1m以上才能在上位机上操作。打开View Input Registers,读取值,在rtg-status里查看valid-level(有效液位)值是否为1,如果为0证实没有有效液位传回,则打开View Holding Registers查看地址41项值,此值默认为400,根据实际情况可将此值改小,但必须为10的整数倍。每次改变值后,需要扫描下波形,阈值应设置到有效液位峰值的1/3以下。

2.5 雷达液位与实际液位有误差

雷达液位与实际液位相差1m以上时,可通过改变Tank Reference Height(R)和REX Reference Distance(G)值来完成校准(图2)。

雷达液位与实际液位相差0.01～1.00m并且为固定值时,可通过修改Calibration Distance(C)值来完成校准。

雷达液位与实际液位相差±1cm时,应在获得多组雷达液位显示与实际液位对比数据后,在上位机上输入数据通过软件进行校准。具体操作为:打开calibuate/calibrate data/将数据填入弹出的表格中/save/write new calibration data to rtg。完成操作后,系统将自动校正曲线到横轴,完成校准。另外,需特别注意的是:在每次校准完成后,应清除实际液位与雷达液位数据,防止下次进行校准工作应用老的数据。

3 结束语

雷达液位计具有适应复杂的环境和非接触测量的优势,经过多年快速发展,技术比较成熟,成本大幅降低,测量精度大大提高,所以雷达液位计必将以其独到的优点在石化行业中得到更广泛的应用。

摘要：介绍雷达液位计的选型依据和某油库液位计监测系统的组成,详细地阐述了雷达液位计应用中的常见故障和维护方法。

关键词：雷达液位计,选型,RTG,DAU,FCU

参考文献

[1]宋春花,靳春义.SAAB雷达液位计的液位标定[J].工业计量,2002,12(S1):164-165.