液位测量方法比较

1油气储运自动化液位测量2液位测量必要性在油气储运过程中，精确测定储油大罐中的液位高度，是正确计算储油量、确定库存、计算输量的重要措施。在油气生产中，特别是在油气集输储运系统中，石油、天然气与伴生污水要在各种生产设备和罐器中分离、存储与处理，物位的测量与控制，对于保证正常生产和设备安全是至关重要的，否则会产生重大的事故。例如油罐液位测量控制不好，会出现抽空或溢油“冒顶”事故；油气分离器液位偏高或偏低会出现“跑油”、“窜气”事故，严重影响后序设备的生产和安全；电脱水器中油水界面高了会破坏电场．低了会使放水中带油，影响生产。3物位的基本概念物位——指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒物的料位和两种不同液体介质分界面的总称。液位——容器中的液体介质的高低料位——容器中固体或颗粒状物质的堆积高度界位——两种不溶液体介质的分界面的高低4检测方法的分类按测量方式可以分为连续测量和定点测量。按其工作原理可分为下列几种类型：–(1)直读式它根据流体的连通性原理来测量液位。–(2)浮力式它根据浮子高度随液位高低而改变或液体对浸沉在液体中的浮筒（或称沉筒）的浮力随液位高度变化而变化的原理来测量液位。前者称为恒浮力式，后者称为变浮力式。–(3)差压式（静压式）它根据液柱或物料堆积高度变化对某点上产生的静（差）压力的变化的原理测量物位。–(4)电气式它根据把物位变化转换成各种电量变化的原理来测量物位。–(5)核辐射式它根据同位素射线的核辐射透过物料时，其强度随物质层的厚度变化而变化的原理来测量液位。–(6)声学式它根据物位变化引起声阻抗和反射距离变化来测量物位5直接测量法直接测量是一种最为简单、直观的测量方法，它是利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度。玻璃管液位计。6人工检尺液位测量人工检尺液位测量是对各种储罐内的液体进行体积和质量测定的种基本方法。具有操作简单、计量准确、无须辅助设备的特点，仍是目前各油田原油集输过程中的一种主要计量方法。检尺测量时，先对罐内液位高度进行测定，再根据罐的横截面积或大罐容积表，计算罐内液体体积和质量。检尺测量的工具是钢卷尺，其下端带有铜质重锤。为方便量油操作，在罐顶设有量油口。量油口下装有量油管，管子底端钻有孔眼与液体连通。设置量油管的目的是为了减小罐内液面波动对量油的影响。7磁翻转液位计磁翻转液位计结构牢固、工作可靠、显示醒目。由于被测液体被完全密封，使用磁耦合传动，因而可以测量高温、高压及不透明的粘性液体，如原油、污水等。缺点是经长期使用后，磁钢磁性退化，翻板轴磨损易造成指示错误．故应定期检查与校正。8浮力法浮力法测液位是依据力平衡原理，通常借助浮子一类的悬浮物，浮子做成空心刚体，使它在平衡时能够浮于液面。当液位高度发生变化时，浮子就会跟随液面上下移动。因此测出浮子的位移就可知液位变化量。浮子式液位计按浮子形状不同，可分为浮子式、浮筒式等等；按机构不同可分为钢带式、杠杆式等。9钢带浮子式液位计直读式钢带浮子式液位计，这是一种最简单的液位计，一般只能就地显示。10浮筒式液位计浮筒式液位计属于变浮力液位计，当被测液面位置变化时，浮筒浸没体积变化，所受浮力也变化，通过测量浮力变化确定出液位的变化量。液位高度变化与弹簧变形量成正比。弹簧变形量可用多种方法测量，既可就地指示，也可用变换器(如差动变压器)变换成电信号进行远传控制。图中：1-浮筒；2-弹簧；3-差动变压器。11静压式液位计依据液体重量所产生的压力进行测量。由于液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，因此通过测容器中液体的压力即可测算出液位高度。12多用直接测量容器底部压力的方法。如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。其关系为式中P—测压仪表指示值H—液位的高度ρ—液体的密度g—重力加速度gHP压力表测量液位原理敞口容器13＋－1p0H321—容器；2—差压传感器；3—液位零面gHPPP0式中P0、P+——分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。gHPP0测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介质压力有关，其关系为密闭容器14零点迁移（1）压力表安装位置与容器底部不在同一高度（2）导压管存在液柱无迁移特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位（Hmin=0）处于同一水平位置。作用于变送器正、负压室的差压ΔP与液位高度H的关系为ΔP=Hρg。当H=0时，正负压室的差压ΔP=0，变送器输出信号为4mA当H=Hmax时，差压ΔPmax=ρgHmax，变送器的输出信号为20mA，15ghhgHPPP2121)(负迁移差压变送器的正、负压室的压力分别为ghgHPP211气正、负压室的压差为当被测液位H=0时，ΔP=-（h2-h1）ρ2g0，使变送器在H=0时输出电流小于4mA；H=Hmax时，输出电流小于20mAghPP22气密封容器上层气体为可凝结蒸汽差压变送器高度改变，但只要正负取压点位置间距离(h2-h1)不变，其迁移量不变。16ghgHPP1气气PP正迁移变送器的安装位置与容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置正、负压室的压力分别为ghgHPPP1正、负压室的压差为当被测液位H=0时，ΔP=h1ρg0，从而使变送器在H=0时输出电流大于4mA；H=Hmax时，输出电流大于20mA。17（a）无迁移（b）负迁移（c）正迁移0500042020007000ΔP(Pa)-20003000I0(mA)固定差压=2000Pa某压力变送器的测量范围：0~5000Pa，ghh212)(18迁移弹簧的作用改变变送器的零点。迁移和调零都是使变送器输出的起始值与被测量起始点相对应，只不过零点调整量通常较小，而零点迁移量则比较大。迁移同时改变了测量范围的上、下限，相当于测量范围的平移，它不改变量程的大小。19法兰式差压变送器测量液位示意图1—法兰式测量头；2—毛细管；3—变送器单法兰式双法兰式法兰式差压变送器按其结构形式为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位时引压管线被腐蚀、被堵塞的问题，应使用在导压管入口处加隔离膜盒的法兰式差压变送器，如下图所示。用法兰式差压变送器测量液位20例1．如下图所示是双法兰式差压变送器测量密闭容器中有结晶液体的液位，已知被测液体的密度ρ=1200kg/m3，液位变化范围为H为0~950mm，变送器的正、负压法兰中心线距离H0=1800mm，变送器毛细管硅油密度ρ1=950kg/m3，试确定变送器的量程和迁移量。根据差压变送器的量程系列，可选16kPa的量程。差压变送器需要进行负迁移，负迁移量为16.758kPa。)(1117295.08.91200maxPagH解：液位的变化范围为0~950mm时，差压的变化量为)(167588.18.995001PagHp当H=0时21例2：有两种密度分别为ρ1=0.8g/cm3，ρ2=1.1g/cm3的液体置于闭口容器中，它们的界面经常发生变化。试考虑能否利用差压变送器来连续测量其界面，若可以利用差压变送器来测量，试问：（1）仪表的量程如何选择；（2）迁移量是多少？解：可以利用差压变送器来连续测量其界面，如右图。因ρ2密度比较高，所以用采用法兰液面计测量ρ1、ρ2的界位。液位计毛细管内充有硅油，其密度为=0.95g/cm3。（1）仪表的量程是指当界位由最低升到最高时，液面计上所增加的压力。故量程为ghp)(123max（2）当界面最低时，仪表正、负室压的压力ρ+、ρ-分别为ghhhhghppghghghhhpp0432111_02413211)()(22所以仪表的迁移量ghhhghghhppp043224123)()(ppppp则为负迁移，迁移量为则无迁移；则为正迁移，迁移量为,0,0;,023超声波法超声波液位计利用波在介质中的传播特性。因此，在容器底部或顶部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射。并由接收器接收，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出液位高低。24分类超声波液位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种；按探头的工作方式可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式。单探头液位计使用一个换能器，由控制电路控制它分时交替作发射器与接收器。双探头式则使用两个换能器分别作发射器和接收器，对于固介式，需要有两根金属棒或金属管分别作发射波与接收波的传输管道。(a)气介式(b)液介式(c)固介式单探头超声波液位计25超声波液位测量有许多优点：与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪器寿命长；超声波传播速度比较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量；不仅可进行连续测量和定点测量，还能方便地提供遥测或遥控信号；能测量高速运动或有倾斜晃动的液体的液位，如置于汽车、飞机、轮船中的液位。26超声波液位测量缺点：超声波仪器结构复杂，价格相对昂贵；当超声波传播介质温度或密度发生变化，声速也将发生变化，对此超声波液位计应有相应的补偿措施，否则严重影响测量精度；有些物质对超声波有强烈吸收作用，选用测量方法和测量仪器时要充分考虑液位测量的具体情况和条件。27电学法电学法按工作原理不同又可分为电阻式、电感式和电容式。用电学法测量无摩擦件和可动部件，信号转换、传送方便，便于远传，工作可靠，且输出可转换为统一的电信号，与电动单元组合仪表配合使甩，可方便地实现液位的自动检测和自动控制。28电阻式液位计电阻式液位计既可进行定点液位控制，也可进行连续测量。所谓定点控制是指液位上升或下降到一定位置时引起电路的接通或断开，引发报警器报警。电阻式液位计的原理是基于液位变化引起电极间电阻变化，由电阻变化反映液位情况。29该液位计的两根电极是由两根材料、截面积相同的具有大电阻率的电阻棒组成，电阻棒两端固定并与容器绝缘。整个传感器电阻为该传感器的材料、结构与尺寸确定后，K1、K2均为常数，电阻大小与液位高度成正比。连续测量的电阻式液位计原理图。1-电阻棒；2-绝缘套；3-测量电桥hKKhAHAhHAR2122230电感式液位计电感式液位计利用电磁感应现象，液位变化引起线圈电感变化，感应电流也发生变化。电感式液位计既可进行连续测量，也可进行液位定点控制。传感器由不导磁管子、导磁性浮子及线圈组成。管子与被测容器相连通，管子内的导磁性浮子浮在液面上，当液面高度变化时，浮子随着移动。线圈固定在液位上下限控制点，当浮子随液面移动到控制位置时，引起线圈感应电势变化，以此信号控制继电器动作，可实现上、下液位的报警与控制。图中：1、3-上下限线圈；2-浮子31电容式液位计电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进行测量。电容式液位计的结构形式很多，有平极板式、同心圆柱式等等。它的适用范围非常广泛，对介质本身性质的要求不象其它方法那样严格，对导电介质和非导电介质都能测量，此外还能测量有倾斜晃动及高速运动的容器的液位。不仅可作液位控制器。还能用于连续测量。32检测原理在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器，如右图。同心圆柱式电容器的电容量：式中：D、d——外电极内径和内电极外径(m)；ε——极板间介质介电常数(F/m)；L——极板相互重叠的长度(m)。液位变化引起等效介电常数变化，从而使电容器的电容量变化，这就是电容式液位计的检测原理。图中：1-内电极；2-外电极。dDLCln233磁电法利用磁电转换原理进行液位测量的磁致伸缩液位计是近年来推出的新产品。磁致伸缩液位计原理图34常用油罐液位计的性能特点及选用中间罐仅对液位、温度和压力（带压储罐）等参数进