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1　前言

隨著我國科技進步以及社會經濟需要，石油化工行業一直保持著極高的發展速度，作為配套設施的罐區，球罐的自動化水平也得到了較為明顯的發展。市場競爭日趨激烈，為了在保證安全質量的前提下追求設計效率#高、成本#低，操作#優的目標，結合生產現場應用經驗和對于多個廠家的產品研究，提出采用伺服和雷達液位搭配使用，統一乙烯等球罐液位計接口尺寸等設計規格，實現標準化設計的方案。

 

2　球罐液位儀表設計選型

球罐配置的儀表主要由開關閥，液位計，溫度計以及壓力計組成，如圖1所示。

按照規范SH/T3184-2017要求，儲罐應在罐頂設置兩套配備罐旁指示儀的液位連續測量儀表，其中一套用于控制系統中設置高低液位報警，球罐液位測量主要目的是監控球罐介質液位高度。同時為保證球罐安全運行，還應該根據工藝要求在控制系統中設置高高、低低液位的報警以及聯鎖信號，且參與液位聯鎖的測量儀表要單好設置，不能和液位監視儀表混用[1]。

 

日常設計中常用于儲罐液位連續測量的儀表主要有雷達液位計、伺服液位計、磁致伸縮液位計、靜壓式液位計等，幾種液位計都有各自的優缺點以及實用案例，在本次標準化設計中，選擇伺服與雷達液位計同時使用的設計方案，伺服液位計進行聯鎖，而雷達液位計進行指示報警。此方案中兩種液位計的選型、應用分析以及解決方案如下：

（1）伺服液位計

伺服式液位計是一種多功能儀表，既可以測量液位，也可以測量界面、密度或罐底等參數，一直被廣泛地用于球罐液位的高精que度測量。如圖2所示。

伺服液位計主要由浮子、鋼絲、伺服變送器組成。浮子在介質中的位置是由伺服機構的平衡來確定的。伺服機構在微處理器的控制下進行測量。力矩傳感器判斷浮子的浮力信號（浮子重量和浮力綜合信號）和微處理器的測量要求，發出控制信號到控制器，決定伺服馬達的方向和轉角，平衡后浮子的位移（線軸轉角）由轉角變換器變成脈沖信號送入微處理器，#后由微處理器輸出信號給控制或聯鎖系統[2]。

 

伺服液位計的優點十分明顯：功能強大，可以測量液位、界面、密度等參數；測量精度高，可以輕松達到±1mm，同時重復性也可以達到±0.1mm。

 

伺服液位計的缺點主要是儀表結構相對復雜，鋼絲馬達等部件之間難免會因長期使用出現機械磨損，日后維護成本會相對提高。另外由于其屬于浮子接觸式的測量方式，因此對于液面以及球罐內介質的穩定性要求較高，當液面波動較大時可能會對測量造成較大影響。

 

針對上述問題，綜合參考了不同項目、不同廠家的不同產品，#終選用過程接口尺寸為6"的伺服液位計，同時將導向管的尺寸也定為6"，對于導向管上的開孔，建議開孔直徑為φ20mm，雙排對向錯開150mm，單排孔間隔為300mm，導向管內側光滑且不可帶有毛刺，導向管的垂直度不能大于垂直偏差值，如圖3所示。通過以上設計，主要是為了保證導波管內液體的穩定，同時可以滿足磁浮子垂直度要求并且能夠更好地避免液位波動導致浮子碰壁的情況發生，從而#大限度地保證液位計測量的準確性以及可靠性。

針對導向管底部要求采用可拆卸不封閉式的設計，這樣可以保證#低測量液位不會受到#低開孔位置的影響，同時可拆卸式的設計也可以更好滿足日后維護的需要，如圖4所示。

 

（2）雷達液位計

雷達液位計利用電磁波經天線向被探測容器的液面發射，當電磁波碰到液面后反射回來，儀表檢測出發射波及回波的時差，從而計算出液面的高度[3]，如圖5所示。被測介質導電性越好或介電常數越大，回波信號的反射效果越好。

雷達液位計主要由發射和接收裝置、信號處理器、天線、操作面板、顯示等幾部分組成。發射—反射—接收是雷達液位計工作的基本原理，分為時差式和頻差式。

 

時差式是發射頻率固定不變，通過測量發射波和反射波的運行時間，并經過智能化信號處理器，測出被測液位的高度。這類雷達液位計的運行時間與液位距離的關系如式（1）所示：

   　　　t=2d/C 　　 （1）

式中t為探頭從發射電磁波至接收到反射電磁波的時間；d為被測介質液位和探頭之間的距離；C為電磁波傳播速度，C=300000km/s。

 

頻差式的發射頻率不是一個固定頻率，而是等幅可調頻率。雷達液位計向液體表面發射具有連續變化頻率的微波信號，當信號向下抵達液體表面并返回天線時，它將與此時正在發射的信號混合；當回波信號向下抵達液體表面并重新返回時，發射的信號已經輕微改變；當把發射信號與接收信號混合時，產生一種與液體表面距離成比例的低頻信號，并由此計算出準確度極高的測量值。

 

由于雷達液位計是利用非接觸雷達測量方法，無可動零件進入球罐的內部環境且不與介質接觸，因此雷達液位計幾乎免維護、無掛料、壽命長，且安裝簡單、標定簡單，也不易受到液面波動變化等影響，特別適用于大型立罐和球罐的測量，故而在此次標準化設計中將雷達液位計作為液位監視儀表。

 

雷達液位計的缺點是儲罐內液體介電常數低，雷達反射波減弱，或者儲罐內液體可能產生嚴重擾動的場合會導致測量的效果受到較大影響。為了減小這些因素對于雷達液位計測量效果的干擾，可以在儲罐內設置導波管，將雷達天線安裝在導波管內，以#大限度地保證雷達液位計的測量精度。為了避免假反射的出現，可以配套反射板處理過強的虛假反射信號，以提高測量效果，可按照標準的導波管外形尺寸，設計在導波管上自由拆裝的反射板，避免影響設備的正常運行以及維護。如圖6所示。

3　結論

采用同時安裝伺服液位計和雷達液位計的工藝方案，通過伺服液位計對儲罐液位進行安全聯鎖，通過雷達液位計進行可靠的信號輸出，可實現儲罐的精準計量、安全操作。與此同時，還可以統一同類型裝置的接口規格標準，實現同類乙烯等產品球罐的標準化設計，大幅提高設計效率，降低成本。