摘 要：外測式液位計采用隔離式測量，適合在特殊場合使用;自校準(zhǔn)設(shè)計提高測量精度;安裝簡便，維護(hù)量小，使用安全可靠。本文敘述了外測式液位計的工作原理和特點(diǎn)，根據(jù)與其他液位計實際使用結(jié)果對比，表明外測式液位計在特殊使用條件下,有一定推廣使用價值。
1 引言
在石油化工等行業(yè)，原料、成品儲運(yùn)和生產(chǎn)流程中建有大量各種儲罐，企業(yè)生產(chǎn)及管理部門需掌握罐內(nèi)存儲介質(zhì)的液位高度、壓力、溫度、流量、相對密度、質(zhì)量、體積等參數(shù)。其中，液位高度是確保儲罐安全，防止意外事故發(fā)生的最重要數(shù)據(jù)之一。液位計測量不準(zhǔn)或測量設(shè)備的損壞，不但影響工藝操作，而且需要對貯罐進(jìn)行清罐處理，才能恢復(fù)正常液位測量。以一個3000m3的貯罐為例，每清罐一次大約需要損失 10 萬元人民幣左右。如果儲罐屬于特殊容器，開孔受限制，一些常用的液位計不能使用;同時，儲罐的介質(zhì)有可能是腐蝕性很強(qiáng)的物質(zhì)，常規(guī)的測量儀表的零部件易腐蝕,維護(hù)成本大。因此，我們采用了外測式液位計—一種新型液位計，無需容器開孔，罐外連續(xù)精確測量，屬完全非接觸測量，容器內(nèi)壓力無限制，可測易燃易爆、強(qiáng)腐蝕性、劇毒和高清潔度、自聚等介質(zhì)。安裝簡便，無須動火，無須停產(chǎn)，可在線安裝維護(hù)。
2 外測式液位計工作原理
每種容器不管有沒有液位，或者液位多與少，其本身都有一定微小的機(jī)械振動，只是其振動的強(qiáng)弱不同而已，容器壁外側(cè)所檢測到的微小機(jī)械振動波形的特性是由液體振動特性和容器振動特性所決定的，此振動波形經(jīng)專用算法處理后可以得到容器的液位特征量Y ，液位的高度 H 與特征量 Y ，以及液位溫度 t 之間有一個數(shù)學(xué)模型可以表述其關(guān)系⑴，即：
H=f(a+b(t)Y)
其中：a-------- 液體特性系數(shù)
b-------- 液體溫度系數(shù)
t-------- 液體溫度
Y-------- 振動特征量
H-------- 液面高度
f--------- 一個固定常數(shù)
利用此原理，采用儀表測量頭從容器壁外測量得到罐壁的微小機(jī)械振動信息，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魅雰x表主機(jī)，儀表主機(jī)對測量頭得到的各種不同模式的振動波進(jìn)行濾波、識別，除去與液位變化無關(guān)的信號，并利用專門的軟件對該信號的波形進(jìn)行復(fù)雜的計算，得出介質(zhì)的液位高度。
為了適應(yīng)液體溫度變化> ± 5 ℃或液體成分變化較大的場合，使測量不受液體溫度和液體成分變化的影響，確保儀表的測量精度(± 0.2%F.S )?？稍谌萜鲀?nèi)加裝校準(zhǔn)管或校準(zhǔn)器，用校準(zhǔn)管內(nèi)的液柱長度(見圖)。因為校準(zhǔn)管側(cè)壁開有孔與罐內(nèi)液體連通，所以校準(zhǔn)管內(nèi)液體溫度、成分與罐內(nèi)液體一樣，而校準(zhǔn)管內(nèi)的液柱長度等于校準(zhǔn)管長度(確定值 h0)。因此 a0,t0數(shù)值分別與罐內(nèi)液體的 a,t 相等。于是由公式可以導(dǎo)出修正后的 hm。這樣校準(zhǔn)管就相當(dāng)于一把標(biāo)尺，只要不斷地測量出當(dāng)時的 y、y0 值，就可以計算出液面的精確測量高度 hm。這樣測得的液面高度值 h m 不受液體溫度和成分變化的影響。實際上就是不斷地用校準(zhǔn)管的長度對外測液位計進(jìn)行自我校準(zhǔn)，來保證高精度。
3 外測式液位計特點(diǎn)
外測式液位計測量范圍寬，可達(dá) 30 米;采用自校準(zhǔn)方法，測量精度高，可達(dá)設(shè)定滿量程的± 0 .2 %。由于外測式液位計采用多項信號處理、模式識別等專有技術(shù)，所以液罐上的電機(jī)振動、碰撞敲擊等各種振動干擾均不會影響測量，采用了屏蔽通訊電纜使其抗電氣干擾能力極強(qiáng)。同時外測式液位就還可以不斷地自動進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)，使儀表不受液體溫度(﹣ 5 0 ℃～2 5 0 ℃)或被測液體成分變化的影響，確保儀表在惡劣的環(huán)境下長期可靠工作。
對于被測液體的要求：粘度< 5 C P，當(dāng) 5 C P <粘度< 3 0 C P 時，可能會使儀表測量量程減小，當(dāng)粘度>3 0 C P 時則不能測量。另外，對于懸濁液、乳濁液則不能測量。
儀表主機(jī)允許的工作環(huán)境溫度范圍為 - 2 5 ℃- - - -5 5℃，可以根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，適當(dāng)增加保溫箱或伴熱，測量探頭允許的溫度為 - 5 0℃- - - - 7 0 ℃。另外，儀表盲區(qū)的設(shè)定也應(yīng)引起重視。球罐的使用屬于' 打滿放空' 式，當(dāng)罐體內(nèi)液體液位低于1 / 10 時，就進(jìn)入儀表測量的實際盲區(qū)，這時儀表不能正常使用，所以, 儀表的設(shè)定盲區(qū)應(yīng)略大于實際工作盲區(qū)為宜。在進(jìn)入儀表盲區(qū)時，液位的測量應(yīng)輔以差壓式液位計進(jìn)行測量。
4 外側(cè)式液位計安裝
1.安裝測量頭處的容器壁要求用能夠良好傳遞振動的硬質(zhì)材料制成，若容器壁為多層材料，則層間應(yīng)緊密接觸，無氣泡或氣體夾層，內(nèi)外壁表面平整。
2.外測式液位計可以測量球型、立式、臥式等各種形狀的壓力容器和帶壓容器，可以根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)陌惭b方式。
5 外測式液位計的參數(shù)調(diào)整
外側(cè)式液位計有一些參數(shù)是根據(jù)現(xiàn)場實際情況來進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定的，其中：
2 # 參數(shù)為儀表工作時設(shè)定的盲區(qū)。外測式液位計存在一段實際測量盲區(qū)，即，當(dāng)實際液位較低時，容器所產(chǎn)生的機(jī)械振動非常小，這時測量探頭檢測不出其機(jī)械振動值，因此無法實際測量出其實際液位，顯示為 L O 。
3# 參數(shù)為被測液體通常溫度(TC)，通常為 -99℃----+99℃，此信號用于溫度補(bǔ)償。 儀表將液體實際溫度與此溫度之差乘以溫度補(bǔ)償系數(shù)，用來自動修正 6 #液體特性系數(shù)。
4# 參數(shù)為滿量程參數(shù)，即 4 - - - - 2 0 m A D C 時所對應(yīng)的實際液位，其值范圍為 0 - - - - 9 9 9 9 9 m m
5 # 參數(shù)為遷移量，可以根據(jù)實際情況進(jìn)行正負(fù)零點(diǎn)遷移，其遷移量范圍為：-9999----+9999mm
6# 參數(shù)為液體特性系數(shù)α ，用于描述不同液體的液位值與被測物理量的換算系數(shù)。其公式為：Hm= α×Pm。
其中：H m - - - - - - 測量液位值
α - - - - - - 液體特性系數(shù)
P m - - - - - - 測量的振動量
D 1 - - - - - - 測量時第一個外測式液位計的液位值
H 1 - - - - - - 第一個測量值時的實際液位值
D 2 - - - - - - 測量時第二個外測式液位計的液位值
H2- - - - - - 第二個測量值時的實際液位值
α0------ 為原始的液體特性系數(shù)，可以從液位計中調(diào)出。
所以，在標(biāo)定液位計時，至少需要記錄兩組數(shù)據(jù)，而且兩次實際液位變化值要在 2 m 以上，這樣才能保證標(biāo)定后的液位計比較準(zhǔn)確。經(jīng)過多次測量，進(jìn)行對測量值的校準(zhǔn)，可以使實際測外測式液位計量值的誤差更小。
6 外測式液位計使用效果
在化工廠中對于球罐液位測量選用的測量設(shè)備一般以 B M - 6 0 和 B M - 1 0 0 以及雷達(dá)液位計為主。遼陽石化公司芳烴廠、烯烴廠現(xiàn)有球罐原設(shè)計選用了 B M - 6 0 液位計，雖然這種液位計測量比較準(zhǔn)確，但其維護(hù)量較大，經(jīng)常是三，四個月就出現(xiàn)一次問題(即鋼絲斷)，每次處理時都需要對貯罐進(jìn)行倒罐和清罐，這樣不僅增加了安全生產(chǎn)的危險性，而且也增加了原料的損耗，增加了儀表的維護(hù)量。
使用情況表明，外測式液位計有許多優(yōu)點(diǎn)：
一是該液位儀安裝方便、使用安全。該儀表不用開孔取源，只將測量頭( 帶有磁性) 直接固定在儲槽外壁，即可進(jìn)行測量，安裝十分方便，不影響生產(chǎn);即使在外測液位儀表損壞或維修狀態(tài)下，也絕無泄漏的可能，不會對環(huán)境造成污染，也不會由于電氣元件打火而導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)事故。該儀表與儲槽形狀、壁厚、儲槽內(nèi)壓力無直接關(guān)系，對壓力儲槽有很好的測量效果;采用隔離式測量，最適宜劇毒、帶壓力、易燃易爆、強(qiáng)腐蝕性液體的測量，還特別適用于藥品、飲料、酒類等高衛(wèi)生、高純度要求的生產(chǎn)部門，它可以保證在任何情況下，絕 無引入雜菌、雜質(zhì)污染的可能。
二是由于儀表是在罐體外壁進(jìn)行測量，儀表和被測介質(zhì)不接觸，避免了被測介質(zhì)對儀表的腐蝕;其測量探頭和儀表中無任何機(jī)械運(yùn)動部件，安裝是吸附式的嚴(yán)格密封，不會造成磨損或腐蝕，十分耐用，免去了大量耗資、耗時、耗力的現(xiàn)場維護(hù)工作。
三是該儀表達(dá)到 Exd Ⅱ BT6 級防爆、WF Ⅰ級防腐、IP65 級防水 / 防塵要求，因此可在 VCM 罐區(qū)穩(wěn)定工作。由于 ELL - FI 外測液位儀為全數(shù)字式，不使用強(qiáng)電，不存在儀表的機(jī)械磨擦運(yùn)動，為現(xiàn)場數(shù)字顯示，模擬 4 -2 0 mA 標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，儀表是全封閉的，并且與 DCS 接口方便，因此技術(shù)可靠，可長周期穩(wěn)定工作。
到目前為止，遼陽石化公司各裝置安裝的外測式液位計使用效果很好，測量比較準(zhǔn)確，維護(hù)量小，在性能價格比上優(yōu)于進(jìn)口儀表。因此，外測式液位計在石油化工企業(yè)的罐區(qū)液位管理中有一定的推廣使用價值。
（轉(zhuǎn)載）
