总结磁致伸缩液位计测量重烃储罐液位的技术改造过程

介绍甲醇制稳定轻烃装置的副产品重烃的储罐液位测量仪表，从采用雷达液位计到差压变送器直至非常终采用磁致伸缩液位计的技术改造过程，总结了这 3 类仪表的应用情况。

某甲醇制稳定轻烃装置的副产品主要是含C10 以上的重烃馏分，为无色透明液体，芳香烃气味。该装置副产品重烃产品设计采用两台固定顶储罐存储，储罐直径 11.5m，高 10.0m。操作条件为:压力近似为常压，温度值为 77． 2℃，操作密度为836． 8kg/m 3 。重烃储罐液位设计采用一体式雷达液位计进行测量，仪表的测量范围 0 ～ 10m，精度 ±3mm，测量元件形式为喇叭口，材料为 316L，信号传输 4 ～20mA 两线制。该装置自 2014 年 8月投产至今，两台重烃储罐液位测量仪表进行了多次应用型改造，现就改造过程中 3 类仪表的应用情况进行分析总结。

1 雷达液位计

      雷达液位计采用发射 － 反射 － 接收的工作模式 。雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间 T 与到液面的距离 D 成正比 ，即有:

D = CT/2

式中 C———光速，C =299792458m/s。

    按照设计提供的仪表数据表，业主选用了FMＲ230-14AVJAA4A 型雷达液位计(工作频率26GHz，测量范围 0 ～ 10m)作为重烃储罐液位测量仪表。由于装置投产初期是 2014 年 8 月，气温相对较高，液位测量比较正常，但是进入十月份以后昼夜温差较大，液位显示曲线波动极大，实际现场仪表显示数字跳变严重。仪表维护人员随后拆除仪表，发现雷达液位计喇叭口天线处有厚约5mm 的结晶。分析原因是，重烃介质在夜间低温下发生结晶，结晶体阻碍了雷达波信号的传递，26GHz 的雷达信号不足以穿透结晶物体反馈回仪表接收模块，而白天温度高，结晶融化或脱落时又能够正常测量，所以测量数据跳变严重，曲线波动大。

    根据雷达波的反射特性，业主从其他装置借用了一台 OPTIFLEX2200 C 型导波雷达液位计(单缆 2mm/316)进行试验。安装导波雷达后，观察了一个月左右，发现导波钢缆与法兰下沿处依然有介质结晶，无法平稳地进行液位测量。

    由以上分析可知，重烃介质低温结晶的固有性质是导致雷达波测量仪表不能正常使用的直接原因。为了解决这类问题，业主对储罐顶部的仪表法兰接口处进行保温处理，首先加强了电伴热带加保温材料的保温措施，但因工厂处于沿海地带，海风较强烈，气温又低，这样的措施还是不能保证介质不结晶;其次加装了蒸汽吹扫管道，期望用蒸汽融化结晶介质，但结晶部位距离雷达液位计表头很近，蒸汽对仪表电路部分也有影响，因而这种措施影响了仪表的使用寿命，也耗费蒸汽，使用效果并不理想。

    可见，雷达反射(包括超声波)类仪表不适合此类介质储罐液位的测量。

2 吹气式液位计

    吹气式液位计是非直接接触式液位测量仪表，其工作原理为:在敞口容器中插入一根吹气管，作为气源的空气经由过滤器过滤，可调减压器(其作用是将供气压力减至某一恒定值，恒定压力的大小根据被测液位高度而定)减压，保证吹气入口压力恒定。洁净空气再经浮子流量计、恒流阀和吹气管路吹入被测液体中，吹气流量由浮子流量计指示，流量大小由浮子流量计上的流量调节阀设定，恒定流量的气体从插入液体的吹气管下端口逸出，鼓泡并通过液体排入大气。当吹气管下端有微量气泡(每分钟约 150 个)排出时(因气泡微量且气体流速较低，可忽略空气在吹气管中的沿程损失，这样吹气管内的气压几乎与液位静压相等)，由差压变送器指示的压力值 p 即可反映液位高度 h，即有:

   p = ρgh

   吹气式液位计测量原理的本质就是把液位测量转变成了压力的测量 。

   由于采用雷达液位计测量重烃储罐液位的使用效果差，因而业主将其中一台储罐液位测量仪表改为 MLC 吹气式液位计，其管路连接所示。经过两个多月的观察，其趋势曲线基本平稳，测量数据基本准确。但进入 12 月以后，随着夜间气温的骤降，出现了每天早上 8 点左右测量数据有 2 ～3cm 规律波动的现象。

    经现场分析、测试发现，仪表配套的差压变送器系液位计厂家自产，温差变化对其电子元件影响很大，产生了测量漂移。后由液位计厂家更换为知名大品牌差压变送器，解决了温差引起的仪表漂移问题，截至目前，该仪表的测量趋势平稳。

    经典的吹气法液位测量是依据差压式液位测量原理进行设计的，其输出压力能够自动跟随吹气管出口压力的变化而变化。调试该类仪表的关键在于压缩空气流量的设定、确定溢出气泡、保证管路安装的气密性和差压变送器的稳定性，由于机械结构多所以要求密封性要好。该类仪表适用于有腐蚀性、粘度较大、易结晶及高温等介质液位的测量。缺点是精度较低(2． 5% ～ 4． 0%)、调试繁琐，并且消耗一定量的压缩空气，遇到停气的情况时维护量大，易损件也较多 。

3 磁致伸缩液位计

    磁致伸缩液位计的结构在非磁性探杆内装有磁致伸缩线，磁致伸缩线顶端连接传感器，当电子元件发生电流询问脉冲并开始计时时，该电流脉冲形成的磁场相互作用，在磁致伸缩线上产生一个扭应力波(简称返回脉冲)，该扭应力波在磁致伸缩线内的传输速度为恒定值，它以已知的速度从浮子固定磁场的位置沿磁致伸缩线向两端传送，顶端传感器接收到信号，计数器计算出起始脉冲与返回扭应力波的时间间隔，从而根据时间间隔和已知速度计算出浮子位置。由于浮子随液面的改变而同步变化，因此可以计算出液面的高度，即:距离 S 等于速度 V(定值)乘以时间 t，根据时间 t 的变化就可以计算出距离 S 的变化，从而得出液位值。

   为了解决吹气法测量精度低的问题，业主将另一台液位测量仪表改造为 MAT 型软缆式磁致伸缩液位计。经过一个月的观察发现，液位在上涨时会出现浮子卡顿现象，在液位下降时则比较平稳。经分析，磁致伸缩导波软缆重锤未在原雷达导波管内稳定固定，随液位变化而摆动，同时浮子在导波缆上下浮动时，由于浮子孔径和体积不匹配，会接触到雷达导波管的内壁，造成在管内浮子卡顿现象，致使显示液位波动。经重新计算，由厂家调整重锤重量使软缆垂直稳定、更换浮子后，液位卡顿现象基本消除，而仪表本身的精度高、反应灵敏，因而液位的微小变化也能在显示终端有所反映，使用精度达到 ±1mm。

    磁致伸缩液位计克服了液体结晶对测量结果的影响，能够实时准确地反映液位波动。同时，使用时无需更换配件，不需要额外装置或设备支持仪表运行，使用和操作简单方便。但由于旧罐改造，软缆在导波管内无法稳定固定，导致软缆轻微波动，如果用于新罐安装，使用效果会更好一些。

4 结束语

    通过对重烃储罐液位测量仪表的使用、试验和改造，总结得出:仪表的选型应用一定要结合介质的物理化学特性，尤其不能忽略外界环境的影响。在本应用案例中，雷达等反射波类仪表是主流物位测量仪表，但不适用由于温度交变易产生结晶的场合;吹气法液位测量仪表属于成熟经典的测量方式，可以应用在结晶、粘稠和液位变化不剧烈的场合，可以满足过程控制的需要，但测量精度不高，消耗压缩空气，零部件较多，有一定的维护量;磁致伸缩液位计的测量精度( ±0． 38mm 或0． 01%)和灵敏度都很高，维护量很小，有多种安装方式，可应用于计量要求较高的场合，是测量技术发展进步的趋势，但投资略高。总之，每个类型的仪表都有其适合的应用场合和特点，应用中还需要根据具体案例加以改造，才能得到满意的测量结果。