常用水箱液位計(jì)的選擇

劉長才 韋海鷗

（華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司） （北京圣金橋信息技術(shù)有限公司)

常用水箱液位計(jì)的選擇

劉長才*韋海鷗

（華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司） （北京圣金橋信息技術(shù)有限公司)

介紹了水箱計(jì)量的目的、方法，以及水箱常用液位計(jì)的基本原理、特點(diǎn)和應(yīng)用場合。根據(jù)不同液位計(jì)的性能特點(diǎn)提出了液位計(jì)的選型原則。

水箱 液位計(jì) 計(jì)量 性能 選型原則

水箱是各企業(yè)普遍使用的儲存設(shè)備，管理人員須對儲罐內(nèi)儲存的物料進(jìn)行監(jiān)控，掌握其液位、儲量和質(zhì)量等重要數(shù)據(jù)，以進(jìn)行有效的管理。儲罐的液位計(jì)量十分重要，合理的液位可保證儲罐安全、可靠、高效地運(yùn)行。管理人員都希望找到一種既價(jià)格便宜、使用壽命長、使用維護(hù)方便，又能滿足精度要求的實(shí)時(shí)在線測量裝置。

國內(nèi)外的許多研究機(jī)構(gòu)一直致力于液位計(jì)的研究，研制出了多種類型的液位計(jì)，從最初的浮球式，到磁翻板、差壓式、超聲波及雷達(dá)液位計(jì)等，但液位計(jì)的價(jià)格也節(jié)節(jié)攀升。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)各種液位計(jì)的特點(diǎn)、用戶的要求和經(jīng)濟(jì)性，合理選用液位計(jì)，達(dá)到最佳的性價(jià)比。

1 概述

1.1 液位計(jì)分類

按儲罐液位測量原理來分類：有直接式液位測量儀表、差壓式液位測量儀表、浮力式液位測量儀表、電氣式液位測量儀表、超聲波式液位測量儀表、雷達(dá)液位測量儀表、放射性液位測量儀表等。根據(jù)測量的介質(zhì)特性來分類：常用的液位計(jì)有重錘浮球式液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、差壓液位計(jì)等。

1.2 測量方法的選擇依據(jù)

通常根據(jù)測量要求來選擇液位測量方法。測量要求一般有以下幾方面：

（1）測量范圍、需要的精度及測量功能；

（2）測量儀所處的環(huán)境；

（3）被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和狀態(tài)，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、易凝固結(jié)晶和黏稠性、氣化性等；

（4）操作條件的變化，如介質(zhì)溫度、壓力、濃度的變化等；

（5）被測對象容器的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、容器內(nèi)的設(shè)備附件及各種進(jìn)出料口等。

選擇測量方法時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：

（1）工程儀表選型要有統(tǒng)一的考慮，盡可能減少品種規(guī)格，減少備品備件；

（2）工藝專利商的具體要求；

（3）實(shí)際的工藝情況。

2 電廠常見液位計(jì)的性能特點(diǎn)

2.1 重錘浮球式液位計(jì)

重錘浮球式液位計(jì)是利用物體在液體中浮力的原理來實(shí)現(xiàn)液位測量。這種液位計(jì)國外從20世紀(jì)30年代就開始使用，至今仍有比較高的市場占有

率[1]。

重錘浮球式液位計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：

測量范圍：0～20 m；

精度：±10 mm。

重錘浮球式液位計(jì)特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單，觀測直觀。

（2）精度不高，只能做工業(yè)測量用。

（3）由于浮球隨著液位波動，對液位測量有一定誤差。適用于常壓儲罐，不適用于帶壓儲罐的液位測量。外浮頂罐也不宜采用此種液位計(jì)，因?yàn)槿菀资艿斤L(fēng)的影響，使指針不停擺動，導(dǎo)致指示不穩(wěn)定。

2.2 磁翻板液位計(jì)

磁翻板液位計(jì)根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當(dāng)儲罐中的液位升降時(shí)，液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鐵通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180°，當(dāng)液位上升時(shí)翻柱由白色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，當(dāng)液位下降時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內(nèi)部液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現(xiàn)液位清晰的指示。也可在本體管上加裝磁性開關(guān)或遠(yuǎn)傳變送器，輸出開關(guān)信號或模擬量信號。

磁翻板液位計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：

測量范圍： 0.35～6 m[2]；

精度： ±10 mm （就地指示型）。

磁翻板液位計(jì)特點(diǎn)：

（1）適用于高溫、高壓和腐蝕性等場合，可就地顯示和遠(yuǎn)程控制。本體管采用無縫鋼管，連接管處采用拉孔焊接，內(nèi)部無劃痕。安裝方式可選擇側(cè)裝和頂裝，本體下端密封。

（2）指示新穎、醒目，測量范圍比較大。

（3）對于大量程（≥6 m）的測量，考慮到運(yùn)輸、投資等問題，可以采用幾根串聯(lián)，但是不能直接讀出液位數(shù)值。磁翻板液位計(jì)中潤滑油在冬季寒冷地區(qū)可能會凍結(jié)，可采用保溫夾套。

2.3 雷達(dá)液位計(jì)

雷達(dá)液位計(jì)是利用超高頻電磁波經(jīng)天線向被測容器的液面發(fā)射，當(dāng)電磁波碰到液面后反射回來，儀表檢測出發(fā)射波及回波的時(shí)差，從而計(jì)算出液面高度。

雷達(dá)液位計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：

測量范圍：0～40 m；

精度：±1 mm。

雷達(dá)液位計(jì)特點(diǎn)：

（1）適用于大型立罐和球罐等測量。

（2）儀表精度分為工業(yè)測量級和計(jì)量級精度，可滿足不同測量和計(jì)量的要求。安裝簡單，但其下方不得存在遮擋物體，否則會影響微波的發(fā)射和接收，通常安裝在罐頂，價(jià)格高。

（3）被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)、液位的湍流狀態(tài)、介質(zhì)中氣泡的大小，均會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.4 超聲波液位計(jì)

采用超聲波測量液位的方法很多，如脈沖回波法、共振法、頻差法以及聲衰減法等，其中應(yīng)用較廣泛的是脈沖回波法。脈沖回波法的基本工作原理是：聲波換能器由脈沖信號激勵發(fā)出超聲波，超聲波通過介質(zhì)傳播到達(dá)液面，形成反射波，反射波再經(jīng)介質(zhì)傳播返回到換能器，換能器把聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，由二次儀表測出從發(fā)射聲波到接收到信號所需的時(shí)間，再根據(jù)超聲波在介質(zhì)中傳播速度和換能器的安裝高度，計(jì)算出液位高度。

超聲波液位計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：

測量范圍：0～50 m；

精度：±1 mm。

超聲波液位計(jì)特點(diǎn)：

（1）適用于液體、顆粒狀、粉狀物料以及黏稠性的、有毒的物料的料位測量。

（2）對腐蝕性介質(zhì)考慮選用防腐探頭。

（3）可用于壓力容器和常壓容器。

（4）不宜用于溫度變化較大的工藝過程。

（5）不適合揮發(fā)性很強(qiáng)的石油產(chǎn)品液位測量，液體表面的懸浮物及泡沫會影響聲波的反射強(qiáng)度。

（6）真空系統(tǒng)的儲罐不能用超聲波液位計(jì)。

2.5 差壓液位計(jì)

壓強(qiáng)可以用液位高度和液體密度的乘積來表示。差壓液位計(jì)就是通過測量壓強(qiáng)來得到液位的。此外，還可測量介質(zhì)的質(zhì)量、體積和密度。早期由于靜壓變送器的測量精度比較低，受環(huán)境溫度影響比較大，所以差壓液位計(jì)并未被廣泛采用。近些年由于變送器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，差壓液位計(jì)受到了一定程度的歡迎。

式中p——指示壓力；

ρ——介質(zhì)密度；

h——液位高度。

差壓液位計(jì)特點(diǎn)：

（1）安裝簡單，無可動部件，工作可靠，日常使用維護(hù)量小。

（2）測量介質(zhì)的密度、質(zhì)量精度較高，測量液位精度一般。

（3）大風(fēng)引起的氣壓變化會影響測量精度。

（4）不能用于測量介質(zhì)分層的儲罐液位。

（5）尤其適用于遠(yuǎn)傳信號和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.6 電廠儲罐常用液位計(jì)性能比較

常用液位計(jì)性能比較如表1所示。

表1 常用液位計(jì)性能比較

3 用戶需求

液位計(jì)是水箱必不可少的測量儀表。用戶對水箱液位監(jiān)控一般要求就地、遠(yuǎn)傳兩種。

就地液位計(jì)安裝在現(xiàn)場，能夠直觀、醒目地看到液位，供巡檢時(shí)檢查或與DCS比對。用戶一般傾向于選用重錘浮球式液位計(jì)或者不帶遠(yuǎn)傳功能的磁翻板液位計(jì)。

遠(yuǎn)傳液位計(jì)通過液位變送器將液位的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號，遠(yuǎn)傳至操作控制室供二次儀表或計(jì)算機(jī)裝置進(jìn)行集中顯示、報(bào)警或自動控制。磁翻板液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)和差壓液位計(jì)均可設(shè)置遠(yuǎn)傳功能，其中差壓液位計(jì)最適用于遠(yuǎn)傳。

4 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是選用液位計(jì)時(shí)需考慮的一個(gè)重要指標(biāo)。重錘浮球式液位計(jì)和磁翻板液位計(jì)價(jià)格比較便宜，重錘浮球式液位計(jì)價(jià)格一般為1500元/米 （設(shè)備制造廠提供），磁翻板液位計(jì)價(jià)格一般為2000元/米 （設(shè)備制造廠提供）；差壓式液位計(jì)比前兩種貴些；雷達(dá)液位計(jì)和超聲波液位計(jì)價(jià)格比較高。常用液位計(jì)的價(jià)格高低一般為：雷達(dá)液位計(jì)＞超聲波液位計(jì)＞差壓液位計(jì)＞磁翻板液位計(jì)＞重錘浮球式液位計(jì)。

5 結(jié)論

上述常用液位計(jì)均能滿足水箱液位測量要求，也均有使用。

對于就地液位計(jì)，一般可選用重錘浮球式或者不帶遠(yuǎn)傳功能的磁翻板液位計(jì)。重錘浮球式液位計(jì)顯示醒目，但存在一定的機(jī)械磨損。磁翻板液位計(jì)磁性會隨著時(shí)間推移而減弱，從而影響液位計(jì)的正常運(yùn)行。在設(shè)備檢修時(shí)應(yīng)對液位計(jì)進(jìn)行例行檢查，以減小其日常運(yùn)行的故障率。

對于遠(yuǎn)傳液位計(jì)，通常選用差壓式液位計(jì)。超聲波液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)在技術(shù)上存在著相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，但其價(jià)格昂貴，對使用環(huán)境要求較高。如果用戶要求計(jì)量精度高而投資又不受限制，則可以采用超聲波或者雷達(dá)液位計(jì)。

不建議選用就地、遠(yuǎn)傳一體化的液位計(jì)，這種液位計(jì)一旦損壞，儲罐液位的測量將無法進(jìn)行。

綜上所述，液位計(jì)的選型原則為：技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，管理上方便，保證儲罐在系統(tǒng)中穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

[1]王鵬飛，李著信，方雪.幾種常見油罐液位計(jì)的性能特點(diǎn)及選用 [J].重慶工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2004， 19 （1）： 31-33.

[2]HG/T 21584—1995.磁性液位計(jì) [S].

Selection of Common Level Meter for Water Tank

Liu ChangcaiWei Haiou

Introduces the purposes and methods of water tank metering,and describes basic principles,characteristics and applications of common level meters for water tank.Based on the characteristics of different meters,puts forward the selection principle.

Water tank;Level meter;Metering;Performance;Selection principle

TQ 056.1+4

*劉長才，男，1983年生，碩士，工程師。北京市，100120。

2012-06-18）