簡述磁致伸縮液位計在液化石油氣儲罐上的應用

一、本文概述：
現代工業生產現場，液位儀表的測量與過程控制無處不在，在生產的每一個環節都少不了它們的身影。譬如在液化石油氣的儲存階段，對于液位的測量要求不僅需要有較高的測量精度，更要對于密閉的壓力容器內的環境有很好的適應性，并且為了滿足遠程控制和現場數據的集中處理的要求，必須對于現場的測量信號作一個遠傳輸出。本文便是針對于工業生產現場測量使用效果良好的一款磁致伸縮液位計的組成結構、工作原理，以及在實踐中的使用實際效果作一個簡要的介紹，通過與其它種類的液位測量儀表進行分析、比較。終得出的結論是此類液位計憑借其高精度、低成本、免維護的獨特優點使它在當今液位測量領域占較大優勢。


 
二、案例背景：
    某市液化石油氣公司某液化石油氣儲備廠，每臺儲罐均裝有兩套液位計，一套是磁翻板式液位計，作為現場巡視人員參考使用；另一套是伺服式液位計，作為遠傳液位計使用，隨使用年限增長，伺服式液位計經常出現液位計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格昂貴。
隨著自動化儀表技術的發展，測量液位的方法及相應的儀表也在不斷地改進和更新，為了尋求準確、實用的液位測量儀表，降低運行、維護成本，經與其它類型液位計多方面比較，液化氣公司終選取了磁致伸縮液位計（又稱磁效應液位計），經實際使用及分析得知，此類液位計具有高精度、低成本、免維護等特點，為解決生產中的測量問題起到了重要促進作用。
 
三、磁致伸縮液位計組成及原理概述
　　（1）組成。
　　磁致伸縮液位計用于高精度高壓強的液位測量，還可同時測量溫度等參數。它可與智能顯示儀及上位計算機一起構成液位測量管理系統，可實現液位的上、下限報警和遠距離的自動控制。由360°內磁浮子、傳感器、塑封全智能化電子裝置三部分組成。可智能化編程，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，實際液位值、溫度值，帶有偏移量的實際液位值等。
　　（2）工作原理。
　　脈沖發生器產生的電脈沖沿外保護管內的波導絲傳遞，當該環形磁場遇到浮子中永久磁鐵的縱向磁場時，將形成一個螺旋形磁場，它作用于波導絲上并使之扭轉，產生超聲扭轉波，該超聲扭轉波返回到傳感線圈（變換器）時轉換成橫向應力，通過傳感線圈的磁通發生變化，在傳感線圈兩端產生感應電壓，這樣可以通過精確測量發射脈沖和返回扭轉波的時間差來確定浮子的精確位置。由于浮子總是懸浮在液面上，且磁浮子位置隨頁面變化而變化，即時間間隔大小也就是頁面的高低，然后通過全智能化電子裝置將時間間隔大小信號轉換與被測液位成比例的4～20mA信號進行輸出。
 
四、在液化石油氣儲罐上的應用現狀及特性
　　（1）安裝方法。
　　北京市液化石油氣公司某廠的其中一臺2000 m3儲罐，直徑高達15.7 m，液位測量范圍為15 m，為避免由浮筒長度過長造成的不垂直帶來的計量誤差及浮子卡滯，該液位計采用分段式計量法，將原有浮筒進行切割分段（每臺液位計分為3段，每段計量范圍為5 m），并采用可移動法蘭連接、多臺儀表串聯的方式。
　　液位數據采集后，在信號處理模塊中進行初步分析處理，同時通過模塊傳輸數據傳輸至控制室，以便控制室人員實時監控。
　　（2）應用情況分析。
　　本例將某臺儲罐作為研究對象，該儲罐在2013年的液位計為伺服式液位計、2014年更換為磁致液位計，以下是近幾年運行過程中采集的液位計運行數據，探討在儲罐存儲氣質不變的情況下，夏季溫差變化較大時期，兩種液位計的實際測量效果及誤差率。樣本選取時間為夏季北京溫升較高的7月，選取時段為8時、12時（該儲罐上午至中午基本處于靜默儲存狀態，液位變化僅受溫度影響，測量人為同人同視角）。測量設備選用深圳市佳信電子有限公司生產的CA380非接觸式紅外測溫儀。
　　測量結果。（見圖1、圖2）
　　由以上兩圖得知，伺服液位計誤差值曲線較高，液位漲浮較大，計量誤差高達+0.3 m，而磁致液位計誤差值曲線相對穩定，液位漲浮較小，計量誤差在±0.2 m之間，較為精準。
 
五、與其它液位計分析比較
　　（1）光纖液位計。
　　以光學技術為基礎，以光纖作為敏感單元，將敏感狀態以光信號取出，再進行光電轉換，所以易與高度發展的電子控制裝置相匹配。與其它常規傳感器相比，光纖傳感器具有靈敏度高、響應速度快、抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、電絕緣性好、體積小以及便于與光纖傳輸系統組成遠程監測網絡等特點，尤其在易燃易爆的惡劣環境中得到廣泛應用。
　　（2）差壓式液位計。
　　差壓式液位計利用液體的壓強原理，在液體的底部檢測液體壓強和標準大氣壓的壓差。它通過液體底壓強使半導體擴散硅薄膜產生形變，引起電橋不平衡，電路輸出與液位高度相對應的電壓，從而獲取液位信號。具有精度高（0.7%）、漂移小、抗過載能力強等特點。但當介質的密度隨介質的溫度、壓力、組分而變化時，差壓式液位計會產生虛假液位。
　　（3）伺服液位計。
　　伺服液位計通過伺服電機控制浮子跟隨液位或者界面變化。伺服型浮子液位計通過浮子在液面、液內、界面上受到不同的浮力，利用重力敏感裝置測量浮子的重量。它可同時發出遠傳信號，采用微機進行遠程控制，其動態跟蹤誤差可達0.1 mm，同時還能補償液面的高低對鋼絲繩產生的附加重量的誤差；對液面的測量精度可達0.7 mm，靈敏度可達0.1 mm。另外，它還具有自診斷及通信功能。該液位計具有較高的可靠性。但價格比較高。
　　（4）雷達液位計。
　　利用雷達電波測量液位是近幾年國內外都很關注的技術。其利用喇叭狀波導管發射低功率微波（幾十微瓦），遇到被測介面后，部分微波反射回來，被發射、接收組合液位計系統接收，通過測量發射、接收的時間差來間接測量液位。雷達液位計的大特點是適用于超聲波液位計應用效果不理想的環境中，其大量程可達35 m，測量精度可達毫米級。但其缺點是價格過高，不能耐高溫、高壓。
　　（5）綜合對比。
　　對市場中應用較為廣泛的幾類液位計綜合對比。（見表1）
 
六、結語
　　磁致伸縮液位計作為新興的測量儀表，在液位測量中的應用只有十幾年的歷史，其獨特優點使它在當今液位測量領域占有很大優勢。目前在北京市液化石油氣公司儲罐逐漸推廣使用，結果發現其達到了高精度測量的目標，測量采集到的數據輸出后實時存儲至遠端計算機內，便于運算、查詢等操作，為罐區自動化目標的實現提供了可靠的依據，同時也減輕了工人的勞動強度，提高了生產過程監視及測量效率，為計量工作上升等級奠定了基礎，也為企業整體決策提供了及時有效的參考依據。
隨著工業生產日趨自動化，對液位檢測技術的要求也越來越高。為解決生產中的測量問題，一方面是采用新的測量原理，開發新的液位檢測儀表，擴大檢測的手段，另一方面需朝著實現微機化和智能化的方向發展。(本文由淮安潤中儀表科技有限公司整理發布)

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