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摘要:針對化工行業(yè)液氨儲罐液位測量儀表的應(yīng)用情況,重點(diǎn)對其幾種常用液位計(jì)的原理、選型、安裝、調(diào)試過程中應(yīng)注意的問題以及故障解決方法進(jìn)行比較分析,進(jìn)一步提高儀表技術(shù)人員對液位儀表選型、安裝及維護(hù)方面的能力,選擇性能優(yōu)良、測量準(zhǔn)確、安裝維護(hù)方便、滿足工藝需要的儀表設(shè)備。
關(guān)鍵詞:液氨儲罐;纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì);磁翻板液位計(jì);差壓變送器;選型;故障處理
目前,化工液氨儲罐液位的測量主要有雷達(dá)液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)、雙法蘭差壓液位計(jì)及超聲波液位計(jì)等。由于液氨本身具有易燃、易爆、有毒的特性,因此,對液氨儲罐液位測量儀表的選型、安裝及調(diào)試顯得非常重要。下面對三種液位計(jì)的選型應(yīng)用作以比較分析。
1液氨儲罐常用液位計(jì)檢測原理
1.1纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位檢測以HSRD-D1為例,該液位計(jì)是基于T0F(行程時(shí)間)原理的“俯視式”測量系統(tǒng)。對參考點(diǎn)至液氨表面間的距離進(jìn)行測量。高頻脈沖信號被發(fā)射至探頭,并沿探頭傳播。脈沖信號在液氨表面發(fā)生反射,反射信號被儀表接收,并被轉(zhuǎn)換成物位信息。此測量方法即為TDR法(時(shí)域反射法),其測量參考點(diǎn)至液氨表面間距離(D)與脈沖信號的運(yùn)行時(shí)間(t)
成比例關(guān)系:D=c穞/2,其中,c為光速。如圖1所示??諛?biāo)高度(E)已知時(shí),液位(L)
的計(jì)算公式如下:
L=E-D
1.2磁翻板液位檢測
以HS-UHZ?側(cè)裝磁翻板為例,其設(shè)計(jì)依據(jù)是磁性原理和浮子定律。液位計(jì)通過法蘭與液氨儲罐相連,當(dāng)被測容器中的液位升降時(shí),翻板液位計(jì)腔體中的雙色柱狀磁性浮子通過磁場影響隨之升降,此時(shí)液位計(jì)面板雙色柱狀浮子的交界處即為液氨儲罐內(nèi)的實(shí)際液位。
1.3差壓變送器液位檢測
根據(jù)流體靜力學(xué)原理對液氨儲罐液位進(jìn)行檢測。如圖2所示。以固定高度H0的液層為例,如果液面高度不變,則H0液層的壓力也不變,當(dāng)液面升高時(shí),隨著H0液層與液面之間的距離h增大,該液層的壓力也隨之增大。
當(dāng)差壓計(jì)一端接液相,另一端接氣相時(shí),根據(jù)流體靜力學(xué)原理,有:
P+=hρg+P氣???(1)
P-=P氣??????????(2)
式中:P+--變送器正壓室的壓力:
h--H0液相取壓口與液面之間的垂直距離;ρ--液體介質(zhì)密度:
G--重力加速度;P氣--儲罐內(nèi)氣體壓力。
差壓法檢測液位,是將差壓變送器的高壓室(+)接口與H0液層面相連通,低壓室接口(-)與罐頂氣體空間相連通。通過高低壓室膜盒產(chǎn)生形變的程度與“+”、“-”壓室之間的壓力差值(即△P=P+-P-)測得差壓。由式(1)和(2)可知:
△P=P+-P-=hρg+P氣-P=hρg??????????(3)
由式(3)可知,差壓式液位計(jì)所感受到的壓差與液面高度h有關(guān),從而消除掉氣體壓力P氣對檢測結(jié)果的影響,通常將這種消除干擾因素影響的作用稱為補(bǔ)償作用。
2液位儀表安裝維護(hù)應(yīng)注意的問題
2.1纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)
合理安裝能確保儀表長期可靠而精確的測量。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在安裝時(shí)要避開液氨進(jìn)口,以免產(chǎn)生虛假反射:傳感器不要安裝在液氨儲罐的中心處(否則傳感器收到的虛假回波會增強(qiáng)),也不能距離液氨儲罐壁很近。容器壁與纜式探頭間的距離,光滑金屬壁:大于50mm(2”):纜式探頭末端與容器底間的安裝距離大于150mm(6in):允許安裝短管的直徑≤150mm(6in),較大直徑的安裝短管會降低儀表的近距離測量能力:使用懸空安裝的纜式探頭時(shí)(探頭末端未固定在容器底部),在整個(gè)測量過程中,纜式探頭與容器內(nèi)部裝置間的距離不得小于300mm(12”)。但是,只要介質(zhì)的介電常數(shù)(DC)不小于1.8,探頭配重塊和容器底部的偶爾接觸不會對測量造成影響。氨水:介電常數(shù)(DC(r))>7。但纜式探頭的偏置量/零點(diǎn)受安裝位置的影響,可能會增大±12mm。在調(diào)試過程中,輸入修正(“物位修正”參數(shù))可以對附加偏置量或零點(diǎn)進(jìn)行修正。
2.2磁翻板液位計(jì)
1)必須按要求安裝,便于觀測和檢修;周圍不能有導(dǎo)磁物質(zhì)接近,否則將無法正常工作:伴熱溫度要根據(jù)介質(zhì)情況而確定。
2)液氨儲罐液位測量氣液相開孔連接跨度大,因此液位計(jì)的安裝需要加裝中間連接法蘭,同時(shí)需做好固定支撐。
3)儀表調(diào)試時(shí)必須用磁鋼校正器在面板上先將雙色(一般為紅白兩色)磁柱設(shè)置成白色,然后打開氣相截止閥,最后打開液相截止閥,觀察液位是否正常。當(dāng)液位上升時(shí)磁柱由白色變?yōu)榧t色,液位下降時(shí)磁柱由紅色變?yōu)榘咨?/span>
4)不定期的清洗腔體,以免使磁浮子不能正常工作。
2.3差壓變送器
差壓變送器的安裝對其高度有一定的要求,通常不應(yīng)高于被測容器液位取壓接口的下接口標(biāo)高。安裝位置應(yīng)易于維護(hù),便于觀察,且靠近取壓部件的位置。若選用雙法蘭式差壓變送器測量液位,變送器安裝位置只受毛細(xì)管長度的限制。毛細(xì)管的彎曲半徑應(yīng)大于50mm,且應(yīng)對毛細(xì)管采取保護(hù)和絕熱措施。
如果液氨儲罐安裝的位置比較高,將差壓變送器“+”壓室接口與容器下法蘭中心處于同一標(biāo)高安裝,有可能不便于安裝、維護(hù)和觀察,應(yīng)把差壓變送器安裝位置向下移,移至便于安裝、觀測和維護(hù)的高度。由于安裝標(biāo)高的改變,
△P=(P+-P-)將影響到差壓式儀表的輸出值。此時(shí),若液面至容器下法蘭(即液相取壓口)高度h=0時(shí),△P>0即存在正遷移,需調(diào)整正遷移機(jī)構(gòu);當(dāng)h=0時(shí),△P<0即存在負(fù)遷移,需調(diào)整負(fù)遷移機(jī)構(gòu)。使差壓式儀表的示值為零示值或零示值所對應(yīng)的的標(biāo)準(zhǔn)輸出值(4mADC)。
差壓液位計(jì)應(yīng)垂直安裝,保持“+”、“-”壓室標(biāo)高一致。
液氨為低沸點(diǎn)介質(zhì),在環(huán)境溫度下極易汽化,為了輸出信號和示值的穩(wěn)定性,最好選用雙法蘭差壓變送器進(jìn)行測量。
3液位儀表使用效果的比較
我公司200m3液氨球罐上裝有一臺雙法蘭差壓液位計(jì)(量程:-62.04~20.79kPa)、一臺磁翻板液位計(jì)和一臺玻璃板式液位計(jì)。磁翻板液位計(jì)由于其腔體未能定期檢修使磁柱顏色不變,因而無法檢測:另一臺雙法蘭差壓液位計(jì)運(yùn)
行穩(wěn)定,但測量值同玻璃板式液位計(jì)顯示有誤差。2022年4月儀表人員抽樣比測記錄數(shù)據(jù),見表1所示。因老式玻璃板式液位計(jì)沒有詳細(xì)刻度,該數(shù)據(jù)為粗略目視值。
表1雙法蘭液位計(jì)與玻璃板液位計(jì)使用抽樣比測
日期 |
4月16日 |
4月18日 |
4月20日 |
4月22日 |
4月24日 |
雙法蘭差壓計(jì),% |
34.68 |
30.14 |
30.85 |
32.67 |
30.26 |
玻璃板液位計(jì),% |
32.00 |
30.00 |
31.00 |
31.00 |
31.00 |
另外,2012年新建20萬t/a合成氨系統(tǒng)200m3液氨球罐上安裝有一臺漢森爾HSRD-D1纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)(位號:LT1201A)和一臺磁翻板液位計(jì),該信號均引入DCS顯示。在開始安裝調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)雷達(dá)液位計(jì)與磁翻板液位計(jì)顯示不一致,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)取樣管原始高度不正確,經(jīng)重新調(diào)整并對其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定后測量顯示一致。長期穩(wěn)定運(yùn)行,給工藝控制提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù),滿足了工藝要求,有效地保障了設(shè)備和人身安全。2014年4月儀表人員抽樣比測記錄數(shù)據(jù),見表2所示。
表2導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與磁翻板液位計(jì)使用抽樣比測
日期 |
4月15日 |
4月17日 |
4月19日 |
4月21日 |
4月23日 |
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì),% |
38.21 |
45.85 |
48.69 |
43.37 |
41.54 |
磁翻板液位計(jì),% |
38.01 |
45.23 |
48.75 |
47.18 |
41.72 |
纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在一年多的運(yùn)行過程中,與磁翻板液位計(jì)測量比較完全一致,性能穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)任何故障,是理想的液氨儲罐液位測量儀表。儀表通過4~20mADC電流信號隔離輸出,送至中央控制室DCS顯示。通過以上案例分析,幾種液位檢測儀表在液氨儲罐上的應(yīng)用各有不同的使用效果,現(xiàn)將其性能指標(biāo)歸納如下,供設(shè)計(jì)選型及儀表維護(hù)人員參考。
表3幾種液位儀表性能比較一覽表
儀表類型 |
主要特點(diǎn) |
缺點(diǎn) |
安裝方式 |
價(jià)位 |
纜式導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì) ? |
①與介質(zhì)直接接觸 ②波束角小,能量集中,測量盲區(qū)小 |
精度比較高,不可以測量壓力容器 |
設(shè)備頂部預(yù)留安裝孔 |
中等 ? |
磁翻板液位計(jì) ? |
①適合任何介質(zhì)的液位、界面的測量 ②直觀,安裝方便 |
①介質(zhì)雜質(zhì)會造成磁術(shù)不翻轉(zhuǎn),造成測量失效 ②磁柱容易卡死,造成無法遠(yuǎn)傳指示 |
與設(shè)備相連,需要預(yù)留安裝孔 ? |
低等 ? |
差壓式液位計(jì) |
①普及范圍廣 ②容易校準(zhǔn) ? |
①與介質(zhì)密度變化聯(lián)系密切,測量腐蝕性介質(zhì)時(shí),對儀表膜盒材質(zhì)要求很高 ②運(yùn)行時(shí)間過久會出現(xiàn)膜盒變形 |
設(shè)備需要預(yù)留安裝孔 |
中下等 |
4液位儀表的故障分析及處理
在化工生產(chǎn)過程中,儀表檢測和控制經(jīng)常會出現(xiàn)測量不準(zhǔn)或無法工作的現(xiàn)象。下面是自己工作中經(jīng)常遇到的一些問題及處理方法,與大家共同探討交流,以幫助儀表維護(hù)人員拓展思路,分析和判斷故障原因。
表4幾種液位儀表性能比較一覽表
序號 |
故障現(xiàn)象 |
故障原因 |
故障處理 |
1 |
DCS顯示值偏大或偏小 |
①空罐距離與測量參考點(diǎn)到介質(zhì)表面的距離提供不準(zhǔn) ②DCS系統(tǒng)組態(tài)不正確 |
①標(biāo)定前必須實(shí)地測量,以取得最真實(shí)的數(shù)據(jù) ②檢查DCS組態(tài)數(shù)據(jù)是否和設(shè)計(jì)(實(shí)際測量)相一致 |
2 |
DCS顯示值不變 |
①介質(zhì)排放時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾回波 ②纜式探頭故障 |
①將此范圍內(nèi)的回波注冊為干擾回波不進(jìn)行測量 ②檢查并清潔探頭 |
3 |
DCS顯示值比實(shí)際液位低 |
儀表檢測時(shí)將一束時(shí)間行程較長的回波錯(cuò)誤地識別為測量回波 |
可以在允許誤差范圍內(nèi)增加空罐高度,以消除回波的影響 |
4 |
DCS顯示不穩(wěn)定 |
①DCS系統(tǒng)的AI卡帶負(fù)載能力不夠 ②旋渦、湍動的液面 ③干擾回波增強(qiáng) |
①將儀表由卡件通道供電改為外供電方式 ②檢查儀表的安裝位置是否與介質(zhì)進(jìn)口太近 ③減少首次回波 |
表5磁翻板液位計(jì)故障現(xiàn)象及處理
序號 |
故障現(xiàn)象 |
故障原因 |
故障處理 |
1 |
儀表無顯示 |
①供電+24VDC丟失 ②變送呂和安全柵之間的電纜線脫開 ③安全柵非本安端因某種原因混入高壓,使其內(nèi)部熔斷器熔斷而損壞 |
①檢查供電(+24V) ②檢查安全本安端的電纜和變送器內(nèi)的接線端腳 ③更換安全柵 |
2 |
指示最大或最小 |
①翻板液位計(jì)的浮子磁鋼因長久使用退磁 ②翻板液位計(jì)連接的相應(yīng)閥門未打開 |
①更換翻板液位計(jì)的組件 ②打開相應(yīng)閥門 |
3 |
指示偏大或偏小 |
①使用環(huán)境與說明書內(nèi)容要求不符 ②變送器的零位和量程未調(diào)好 ③傳輸距離過遠(yuǎn) |
①采取適當(dāng)補(bǔ)救措施,使其符合說明書規(guī)定的環(huán)境要求 ②調(diào)校變送器的零位和量程 ③選購符合要求的電纜或縮短其傳輸距離 |
4 |
指示值不變 |
①供電(+24V)偏低 ②所選變送器規(guī)格與翻板液位計(jì)不符 ③變送器電路異常 ④傳輸距離遠(yuǎn) |
①使供電符合規(guī)定要求 ②更換相應(yīng)變送器或翻板液位計(jì) ③送制造廠檢修 ④選購符合要求的電纜或縮短其傳輸距離 |
表6雙法蘭液位計(jì)故障現(xiàn)象及處理
序號 |
故障現(xiàn)象 |
故障原因 |
故障處理 |
1 |
儀表無顯示 |
①信號線脫落或電源故障 ②安全柵故障③電路板故障 |
①檢查供電(+24V) ②更換安全柵 ③更換電路板或更換變送器 |
2 |
指示最大或最小 |
①低壓測(高壓測)膜片毛細(xì)管壞,或封入液泄漏 ②低壓測(高壓測)引壓閥未打開 ③低壓測(高壓測)引壓閥堵 |
①需更換儀表 ②打開相應(yīng)閥門 ③清理雜物或更換引壓閥 |
3 |
指示偏大或偏小 |
①低壓測(高壓測)放空堵頭漏或引壓閥未打開 ②儀表未校準(zhǔn)或毛細(xì)管傳導(dǎo)性不好 |
①緊固放空堵頭、打開引壓閥 ②重新校驗(yàn)儀表或給毛細(xì)管保溫 |
4 |
指示值不變 |
①電路板壞 ②高、低壓測膜片或毛細(xì)管同時(shí)壞 |
①更換電路板 ②更換儀表 |
5結(jié)語
測量技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在,已出現(xiàn)許多成熟可靠的液位測量儀表,并以不同的特性在不同條件的液位測量中發(fā)揮著重要作用。液氨儲罐液位測量中通常還有外置超聲波液位計(jì),該儀表屬完全非接觸式測量,可用于苛刻環(huán)境,測量穩(wěn)定、可靠,安裝方便,便于維護(hù);其缺點(diǎn)是對介質(zhì)要求高,罐底長期沉積物對測量會產(chǎn)生不利影響,如不滿足條件,則應(yīng)有措施保證定期清除罐底沉積物。以上幾種儀表在液氨儲罐上進(jìn)行液位測量各有其特點(diǎn),儀表技術(shù)人員在設(shè)計(jì)選型時(shí),應(yīng)根據(jù)具體情況從質(zhì)量、價(jià)位、維護(hù)等方面綜合考慮,選擇具有安裝可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、測量準(zhǔn)確、維護(hù)方便的檢測儀表,給工藝操作和控制提供準(zhǔn)確依據(jù)。