孫智軍，王燕玲

(中石化第五建設(shè)有限公司，蘭州 730060)

物位測量的目的是為生產(chǎn)過程提供真實(shí)、精確的操作參數(shù)，保證生產(chǎn)安全和操作有序進(jìn)行，在生產(chǎn)過程和計(jì)量方面占有極其重要的地位。浮筒液位計(jì)由于其測量精度高、性能可靠、穩(wěn)定性好、使用方便[1]，廣泛應(yīng)用于石化、煉油裝置中。盡管如此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，如何正確選用與調(diào)試浮筒液位計(jì)還存在許多值得探討的問題，下面結(jié)合聚丙烯裝置的液位測量進(jìn)行詳細(xì)討論。

1 聚丙烯裝置浮筒液位計(jì)的選用

1.1 浮筒液位計(jì)的應(yīng)用場所

浮筒液位計(jì)利用阿基米德定律配合扭力管的力學(xué)感應(yīng)保證液位測量的精度。在介質(zhì)密度變化較小、操作壓力范圍寬的場合，宜選用浮筒式液位計(jì)測量液位(界面)。通常，如下三種場合浮筒液位計(jì)應(yīng)用較多： 測量范圍在2 000 mm以內(nèi)，密度為0.5～1.5 g/cm3的液位測量；測量范圍在1 400 mm以內(nèi)，密度差為0.15～0.5 g/cm3的液體界面的測量；真空、負(fù)壓或易氣化液體的液位測量。

1.2 浮筒液位計(jì)的選用

在聚丙烯裝置中，液位的連續(xù)測量一般選擇單法蘭或雙法蘭差壓液位變送器。因?yàn)閱巍㈦p法蘭差壓液位變送器沒有可動部件，變送器精度高，一般為±0.075%，測量范圍大，所以在通常工況下可以完全替代外浮筒液位計(jì)，但是以下情況仍然宜選用浮筒液位計(jì)：

1) 界面測量。盡管理論上可以使用雙法蘭差壓液位變送器測量界面，但是在實(shí)際應(yīng)用中效果并不好。因?yàn)楫?dāng)兩種介質(zhì)的密度與設(shè)計(jì)值有偏離時(shí)，現(xiàn)場調(diào)校和修正浮筒液位計(jì)遠(yuǎn)比雙法蘭液位變送器要容易、方便、可操作性好。

2) 全真空(大于50%真空度)負(fù)壓工況的液位測量。全真空工況下(一般是非正常工況，如工藝生產(chǎn)過程中的設(shè)備吹掃期)，普通的雙法蘭液位變送器的膜片有可能被負(fù)壓“吸”漏，導(dǎo)致儀表損壞。如果一定要在全真空工況下選用雙法蘭液位變送器，只能選用全焊接膜片式的雙法蘭差壓液位變送器，一般可以抵抗50%真空度負(fù)壓工況，不至于損壞儀表，但是這種儀表的價(jià)格比較昂貴，性價(jià)比不高。如果選用浮筒液位計(jì)通常不易損壞。

3) 不宜引出工藝介質(zhì)的液位測量。聚丙烯裝置中的烷基鋁(TEAL)屬于高度火災(zāi)危險(xiǎn)介質(zhì)，遇空氣就著火，遇水就爆炸，屬于不宜引出測量的工藝介質(zhì)，因而其液位測量的原則是少開管口。內(nèi)浮筒液位計(jì)一般用于黏度較大、溫度較高(小于450℃)、不宜引出的介質(zhì)(如潤滑油、烷基鋁等)的液位測量。因此，烷基鋁制備液位的測量全部采用內(nèi)浮筒液位計(jì)。與此同時(shí)，僅在烷基鋁制備罐的頂部開一個(gè)儀表管口用于液位測量，過程法蘭型式全部為ANSI/ASME LTG法蘭(榫槽面法蘭)，使用八角墊片或橢圓墊片進(jìn)行密封，以減少介質(zhì)的泄漏。

4) 易氣化液體的液位測量。如果液位測量范圍較小，液體易氣化，則宜優(yōu)先選用浮筒液位計(jì)。

2 浮筒液位計(jì)的調(diào)試

浮筒液位計(jì)的調(diào)試一般采用掛重法、水校法[2]。對于儀表安裝在現(xiàn)場不方便拆裝，并且對儀表精度要求不高(低于±0.5%FS)的情況，外浮筒液位計(jì)的單體調(diào)試一般采用水校法，下面以某聚丙烯裝置中游離水分離器液位測量中所采用的外浮筒液位變送器為例討論水校法調(diào)試過程中的各種計(jì)算。

2.1 儀表參數(shù)簡述

該智能型外浮筒液位變送器的精度±0.5%滿量程，輸出信號4～20 mA+HART兩線制。用于游離水分離器液位調(diào)節(jié)，測量介質(zhì)下部為水，密度為1 000 kg/m3，上部為丙烯，密度為450 kg/m3，上下法蘭間距356 mm，側(cè) - 側(cè)式安裝。

2.2 注水高度的計(jì)算

2.2.1界位測量

校驗(yàn)時(shí)注水高度的計(jì)算可采用假設(shè)法，即假設(shè)外套筒內(nèi)全部都是輕介質(zhì)時(shí)，需要注水的高度H輕：

H輕=H·ρ輕/ρ水=356×450/1 000=

160.2(mm)

(1)

式中：H——液位計(jì)的實(shí)際量程，mm；ρ介，ρ水——水及介質(zhì)的密度，g/cm3。

同理計(jì)算出假設(shè)外套筒內(nèi)都是重介質(zhì)時(shí)的注水高度H重=356 mm。通過假設(shè)可得出在實(shí)際工況條件下，界面變化范圍即H輕與H重的差值。

界面變化范圍：

Δh=H重-H輕=356-160.2=195.8(mm)

(2)

計(jì)算完成后以H輕為零點(diǎn)，分別注水至209.15(H輕+Δh/4)，258.1(H輕+Δh/2)，307.05(H輕+3Δh/4)，356H重，對應(yīng)液位指示為0，25%，50%，75%，100%，對應(yīng)輸出為4 mA，8 mA，12 mA，16 mA，20 mA。

2.2.2液位測量

當(dāng)測量介質(zhì)密度小于水的密度時(shí)，注水高度計(jì)算可參照式(1)計(jì)算得出。當(dāng)測量介質(zhì)密度大于水的密度時(shí)(較少出現(xiàn))，利用式(1)可算出注水的理論高度超過了浮筒的量程，因而可以通過式(1)計(jì)算出在浮筒量程范圍內(nèi)注水高度所對應(yīng)的電流值。

Im= (16Hx/h水)+4=(16ρ水/ρ介)Hx/h介+4=

(16ρ水/ρ介)×K+4

(3)

式中：Im——儀表輸出電流，mA；Hx——浮筒量程范圍內(nèi)25%，50%，75%，100%時(shí)的注水高度；K=Hx/h介——取值分別為25%，50%，75%，100%。

2.3 水校法調(diào)試步驟

調(diào)試開始前必須將水校的各種設(shè)備和工具準(zhǔn)備好，在現(xiàn)場儀表接線和系統(tǒng)組態(tài)完成的情況下，可通過觀察液位計(jì)輸出電流進(jìn)行調(diào)試。如果條件不具備可按照變送器單體調(diào)試時(shí)接線方式操作，如圖1所示，調(diào)試步驟如下：

圖1 調(diào)試連接示意

1) 儀表通電預(yù)熱，關(guān)閉儀表外套筒與設(shè)備之間的2個(gè)切斷閥，然后打開排污口排空外套筒內(nèi)的介質(zhì)(若壓力較高，安全卸壓后再排液)，排液時(shí)需打開放空堵頭。

2) 在浮筒液位計(jì)外面記下刻度記號，透明連通管用接頭連接液位計(jì)下面排污口，另一頭高出上法蘭中心，貼在外表面，便于觀察。

3) 向外套筒內(nèi)注水，觀察透明塑料水管中液位情況，目測到液位與下法蘭中心平齊，觀察標(biāo)準(zhǔn)儀讀數(shù)是否為4 mA。如果有誤差，按軟件操作說明進(jìn)入?yún)?shù)調(diào)整頁面，進(jìn)行零位調(diào)整。

4) 向外套筒內(nèi)注水，觀察透明塑料水管中液位情況，當(dāng)注水高度到達(dá)滿量程高度的計(jì)算值時(shí)，觀察標(biāo)準(zhǔn)儀讀數(shù)是否為20 mA。如果有誤差且偏差在10%以內(nèi)，按軟件操作說明進(jìn)入?yún)?shù)調(diào)整頁面，進(jìn)行滿度調(diào)整。如果誤差超出10%，則需要分析誤差產(chǎn)生的原因，有可能是因?yàn)樽⑺叨鹊挠?jì)算結(jié)果有誤或是浮筒脫落、被卡住等原因，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況逐一排查找出原因。

5) 采用同樣的方法檢驗(yàn)量程范圍的25%(209.15 mm)，50%(258.1 mm)，75%(307.05 mm)是否對應(yīng)輸出為8 mA,12 mA，16 mA。

3 浮筒液位計(jì)的安裝

由于浮筒液位計(jì)存在可動部件，因而在安裝過程中對于浮筒或浮子的垂直度要求都較高[3]。尤其是內(nèi)浮筒液位計(jì)對浮筒垂直度的要求很高，通常設(shè)備內(nèi)都會加裝垂直帶孔的鋼制套管來滿足精確測量的要求。當(dāng)液位波動過大時(shí)還有可能將浮子沖掉，造成現(xiàn)場維護(hù)工作量大增。因此，浮筒液位計(jì)安裝時(shí)需要重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：

1) 安裝前先核查工藝側(cè)配對法蘭的規(guī)格、型號是否與儀表側(cè)相符以及工藝預(yù)留法蘭的間距是否和儀表法蘭間距相符合。

2) 開箱時(shí)，要避免過大沖擊和振動。在搬運(yùn)過程中，嚴(yán)禁將變送器倒置。安裝時(shí)應(yīng)牢固可靠，必須確保浮筒室垂直，以防止浮筒與浮筒室內(nèi)壁相撞。

3) 安裝過程中，避免變送器產(chǎn)生強(qiáng)烈振動或沖擊，特別是不得大幅度地?cái)[動或拉壓浮筒掛勾，以免損壞傳感器，降低儀表精度。

4 儀表投用注意事項(xiàng)

在投用浮筒液位計(jì)前，首先關(guān)閉儀表外套筒與設(shè)備之間的2個(gè)切斷閥，然后打開排污口和防空堵頭排空外套筒內(nèi)的介質(zhì)，開閥時(shí)依次打開下根部閥和上根部閥。根部閥打開的開度由小到大，以免產(chǎn)生測量波動，防止造成浮子脫落。

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