磁致伸縮液位計(jì)在液化石油氣儲(chǔ)罐上的應(yīng)用

李爽

摘 要：在液化石油氣儲(chǔ)存過程中，不但要求測(cè)量?jī)x表具有較高的測(cè)量精度，還應(yīng)能夠很好地適應(yīng)密閉壓力容器的環(huán)境，同時(shí)達(dá)到遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)的要求。該文對(duì)磁致伸縮液位計(jì)的組成、基本原理及近年來實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并與其它類型液位計(jì)進(jìn)行了比較、分析，最終得出的結(jié)論是此類液位計(jì)憑借其高精度、低成本、免維護(hù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)使它在當(dāng)今液位測(cè)量領(lǐng)域占較大優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：磁致伸縮液位計(jì) 液化石油氣 液位測(cè)量

中圖分類號(hào)：TM390 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（a）-0121-02

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，液位測(cè)量幾乎遍及過程控制中的各個(gè)環(huán)節(jié)。在液化石油氣儲(chǔ)存過程中，不但要求測(cè)量?jī)x表具有較高的測(cè)量精度，還應(yīng)能夠很好地適應(yīng)密閉壓力容器的環(huán)境，同時(shí)達(dá)到遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)的要求。

北京市液化石油氣公司某液化石油氣儲(chǔ)備廠，每臺(tái)儲(chǔ)罐均裝有兩套液位計(jì)，一套是遼陽(yáng)石化儀表廠生產(chǎn)的磁翻板式液位計(jì)，作為現(xiàn)場(chǎng)巡視人員參考使用；另一套是荷蘭恩諾公司生產(chǎn)的伺服式液位計(jì)，作為遠(yuǎn)傳液位計(jì)使用，隨使用年限增長(zhǎng)，伺服式液位計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)液位計(jì)浮子卡滯或液位隨溫度漲浮較大等狀況，維修頻次逐漸升高且價(jià)格昂貴。

隨著自動(dòng)化儀表技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量液位的方法及相應(yīng)的儀表也在不斷地改進(jìn)和更新，為了尋求準(zhǔn)確、實(shí)用的液位測(cè)量?jī)x表，降低運(yùn)行、維護(hù)成本，經(jīng)與其它類型液位計(jì)多方面比較，液化氣公司最終選取了北京航天科智科技有限公司生產(chǎn)的磁致伸縮液位計(jì)（又稱磁效應(yīng)液位計(jì)），經(jīng)實(shí)際使用及分析得知，此類液位計(jì)具有高精度、低成本、免維護(hù)等特點(diǎn)，為解決生產(chǎn)中的測(cè)量問題起到了重要促進(jìn)作用。

2 磁致伸縮液位計(jì)組成及原理概述

（1）組成。

磁致伸縮液位計(jì)用于高精度高壓強(qiáng)的液位測(cè)量，還可同時(shí)測(cè)量溫度等參數(shù)。它可與智能顯示儀及上位計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成液位測(cè)量管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)液位的上、下限報(bào)警和遠(yuǎn)距離的自動(dòng)控制。由360°內(nèi)磁浮子、傳感器、塑封全智能化電子裝置三部分組成?？芍悄芑幊?，帶有液晶顯示，可顯示總體液位、界面液位、以及溫度輸出的電信號(hào)，實(shí)際液位值、溫度值，帶有偏移量的實(shí)際液位值等。

（2）工作原理。

脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電脈沖沿外保護(hù)管內(nèi)的波導(dǎo)絲傳遞，當(dāng)該環(huán)形磁場(chǎng)遇到浮子中永久磁鐵的縱向磁場(chǎng)時(shí)，將形成一個(gè)螺旋形磁場(chǎng)，它作用于波導(dǎo)絲上并使之扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生超聲扭轉(zhuǎn)波，該超聲扭轉(zhuǎn)波返回到傳感線圈（變換器）時(shí)轉(zhuǎn)換成橫向應(yīng)力，通過傳感線圈的磁通發(fā)生變化，在傳感線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這樣可以通過精確測(cè)量發(fā)射脈沖和返回扭轉(zhuǎn)波的時(shí)間差來確定浮子的精確位置。由于浮子總是懸浮在液面上，且磁浮子位置隨頁(yè)面變化而變化，即時(shí)間間隔大小也就是頁(yè)面的高低，然后通過全智能化電子裝置將時(shí)間間隔大小信號(hào)轉(zhuǎn)換與被測(cè)液位成比例的4～20mA信號(hào)進(jìn)行輸出。

3 在液化石油氣儲(chǔ)罐上的應(yīng)用現(xiàn)狀及特性

（1）安裝方法。

北京市液化石油氣公司某廠的其中一臺(tái)2000 m3儲(chǔ)罐，直徑高達(dá)15.7 m，液位測(cè)量范圍為15 m，為避免由浮筒長(zhǎng)度過長(zhǎng)造成的不垂直帶來的計(jì)量誤差及浮子卡滯，該液位計(jì)采用分段式計(jì)量法，將原有浮筒進(jìn)行切割分段（每臺(tái)液位計(jì)分為3段，每段計(jì)量范圍為5 m），并采用可移動(dòng)法蘭連接、多臺(tái)儀表串聯(lián)的方式。

液位數(shù)據(jù)采集后，在信號(hào)處理模塊中進(jìn)行初步分析處理，同時(shí)通過模塊傳輸數(shù)據(jù)傳輸至控制室，以便控制室人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）應(yīng)用情況分析。

本例將某臺(tái)儲(chǔ)罐作為研究對(duì)象，該儲(chǔ)罐在2013年的液位計(jì)為伺服式液位計(jì)、2014年更換為磁致液位計(jì)，以下是近幾年運(yùn)行過程中采集的液位計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，探討在儲(chǔ)罐存儲(chǔ)氣質(zhì)不變的情況下，夏季溫差變化較大時(shí)期，兩種液位計(jì)的實(shí)際測(cè)量效果及誤差率。樣本選取時(shí)間為夏季北京溫升較高的7月，選取時(shí)段為8時(shí)、12時(shí)（該儲(chǔ)罐上午至中午基本處于靜默儲(chǔ)存狀態(tài)，液位變化僅受溫度影響，測(cè)量人為同人同視角）。測(cè)量設(shè)備選用深圳市佳信電子有限公司生產(chǎn)的CA380非接觸式紅外測(cè)溫儀。

測(cè)量結(jié)果。（見圖1、圖2）

由以上兩圖得知，伺服液位計(jì)誤差值曲線較高，液位漲浮較大，計(jì)量誤差最高達(dá)+0.3 m，而磁致液位計(jì)誤差值曲線相對(duì)穩(wěn)定，液位漲浮較小，計(jì)量誤差在±0.2 m之間，較為精準(zhǔn)。

4 與其它液位計(jì)分析比較

（1）光纖液位計(jì)。

以光學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，以光纖作為敏感單元，將敏感狀態(tài)以光信號(hào)取出，再進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，所以易與高度發(fā)展的電子控制裝置相匹配。與其它常規(guī)傳感器相比，光纖傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、電絕緣性好、體積小以及便于與光纖傳輸系統(tǒng)組成遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)，尤其在易燃易爆的惡劣環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。

（2）差壓式液位計(jì)。

差壓式液位計(jì)利用液體的壓強(qiáng)原理，在液體的底部檢測(cè)液體壓強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓差。它通過液體底壓強(qiáng)使半導(dǎo)體擴(kuò)散硅薄膜產(chǎn)生形變，引起電橋不平衡，電路輸出與液位高度相對(duì)應(yīng)的電壓，從而獲取液位信號(hào)。具有精度高（0.7%）、漂移小、抗過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但當(dāng)介質(zhì)的密度隨介質(zhì)的溫度、壓力、組分而變化時(shí)，差壓式液位計(jì)會(huì)產(chǎn)生虛假液位。

（3）伺服液位計(jì)。

伺服液位計(jì)通過伺服電機(jī)控制浮子跟隨液位或者界面變化。伺服型浮子液位計(jì)通過浮子在液面、液內(nèi)、界面上受到不同的浮力，利用重力敏感裝置測(cè)量浮子的重量。它可同時(shí)發(fā)出遠(yuǎn)傳信號(hào)，采用微機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，其動(dòng)態(tài)跟蹤誤差可達(dá)0.1 mm，同時(shí)還能補(bǔ)償液面的高低對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生的附加重量的誤差；對(duì)液面的測(cè)量精度可達(dá)0.7 mm，靈敏度可達(dá)0.1 mm。另外，它還具有自診斷及通信功能。該液位計(jì)具有較高的可靠性。但價(jià)格比較高。

（4）雷達(dá)液位計(jì)。

利用雷達(dá)電波測(cè)量液位是近幾年國(guó)內(nèi)外都很關(guān)注的技術(shù)。其利用喇叭狀波導(dǎo)管發(fā)射低功率微波（幾十微瓦），遇到被測(cè)介面后，部分微波反射回來，被發(fā)射、接收組合液位計(jì)系統(tǒng)接收，通過測(cè)量發(fā)射、接收的時(shí)間差來間接測(cè)量液位。雷達(dá)液位計(jì)的最大特點(diǎn)是適用于超聲波液位計(jì)應(yīng)用效果不理想的環(huán)境中，其最大量程可達(dá)35 m，測(cè)量精度可達(dá)毫米級(jí)。但其缺點(diǎn)是價(jià)格過高，不能耐高溫、高壓。

（5）綜合對(duì)比。

對(duì)市場(chǎng)中應(yīng)用較為廣泛的幾類液位計(jì)綜合對(duì)比。（見表1）

5 結(jié)語

磁致伸縮液位計(jì)作為新興的測(cè)量?jī)x表，在液位測(cè)量中的應(yīng)用只有十幾年的歷史，其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)使它在當(dāng)今液位測(cè)量領(lǐng)域占有很大優(yōu)勢(shì)。目前在北京市液化石油氣公司儲(chǔ)罐逐漸推廣使用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其達(dá)到了高精度測(cè)量的目標(biāo)，測(cè)量采集到的數(shù)據(jù)輸出后實(shí)時(shí)存儲(chǔ)至遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)內(nèi)，便于運(yùn)算、查詢等操作，為罐區(qū)自動(dòng)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的依據(jù)，同時(shí)也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)過程監(jiān)視及測(cè)量效率，為計(jì)量工作上升等級(jí)奠定了基礎(chǔ)，也為企業(yè)整體決策提供了及時(shí)有效的參考依據(jù)。

隨著工業(yè)生產(chǎn)日趨自動(dòng)化，對(duì)液位檢測(cè)技術(shù)的要求也越來越高。為解決生產(chǎn)中的測(cè)量問題，一方面是采用新的測(cè)量原理，開發(fā)新的液位檢測(cè)儀表，擴(kuò)大檢測(cè)的手段，另一方面需朝著實(shí)現(xiàn)微機(jī)化和智能化的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊萬國(guó)，賈延剛.多種液位儀表的應(yīng)用對(duì)比[J].石油工程建設(shè)，2004，30（1）：38-43.

[2] 鄭衛(wèi)東.儲(chǔ)罐液位儀表的應(yīng)用及發(fā)展[J].甘肅科技，2005，21（5）：46-48.

[3] 李長(zhǎng)春.磁致伸縮液位計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（8）：112.