李 軍，李建明，歷 博

（1.國(guó)家能源寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油分公司 儀表管理中心，寧夏 寧東 750411；2.黑山北方清源水務(wù)有限公司，遼寧 錦州 121406）

液位計(jì)測(cè)量方式有兩種，連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量。一般按照其工作原理可分為以下幾種類型[1]：

1）聲學(xué)式。通過液位的變化引起聲阻抗和反射距離變化來進(jìn)行物位測(cè)量，例如喇叭口超聲波液位計(jì)、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等。

2）直讀式。根據(jù)連通器原理直接進(jìn)行實(shí)時(shí)物位的讀取，例如就地磁翻板物位計(jì)、U形玻璃管液位計(jì)。

3）差壓式（靜壓式）。利用被測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，將液體產(chǎn)生的靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再由處理模塊經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，將其轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為4mA～20mA/1VDC～5VDC），例如單法蘭液位計(jì)（試用敞口容器）、差壓式雙法蘭液位計(jì)、插入式雙法蘭差壓液位計(jì)等[2]。

圖1 浮筒液位計(jì)結(jié)構(gòu)Fig.1 Float level gauge structure

圖2 浮筒液位計(jì)測(cè)量原理圖Fig.2 Float cylinder level measurement principle diagram

4）電氣式。將物位變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電阻、電壓、電容等物理電信號(hào)進(jìn)行物位測(cè)量，例如電接點(diǎn)液位計(jì)、電容液位計(jì)、伺服液位計(jì)等。

5）核輻射式。核輻射物位計(jì)構(gòu)成主要由放射源、接收器（探測(cè)器）和顯示儀表（轉(zhuǎn)換器）組成，通過被測(cè)物料對(duì)γ射線的阻擋作用進(jìn)行物位測(cè)量，例如中子料位計(jì)、γ射線物位計(jì)等。

6）浮力式。浮力式液位計(jì)的工作原理是阿基米德浮力原理[3]。按照測(cè)量的原理，有恒浮力式液位計(jì)和變浮力式液位計(jì)兩種，例如浮子式液位計(jì)、浮球式液位計(jì)就屬于恒浮力液位計(jì)，浮筒式液位計(jì)屬于變浮力液位計(jì)[4]。

每種液位計(jì)都有自己的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式的唯一性，正確地選用液位計(jì)，才能保證低故障率及測(cè)量準(zhǔn)確度。

1 液位計(jì)的結(jié)構(gòu)原理

1.1 浮筒液位計(jì)

浮筒液位計(jì)是典型的變浮力式的液位計(jì)，液面發(fā)生變化時(shí)，沉筒浸泡在被測(cè)量液體內(nèi)的體積不同，體積的不同所受的浮力也不同進(jìn)而產(chǎn)生位移，再通過機(jī)械傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移來測(cè)量液位，使傳感器與杠桿機(jī)構(gòu)合二為一，可直接測(cè)量浮筒在液體中所受的浮力[5]。經(jīng)常被使用在敞口或帶壓容器內(nèi)的液位、界位、密度的連續(xù)測(cè)量的工況條件下。智能浮筒液位計(jì)由浮筒、扭力管、傳感器、杠桿4部分組成。

1.2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)

通過時(shí)域反射原理（TDR）來進(jìn)行物位的測(cè)量，雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射出的電磁脈沖以光速沿著鋼纜或探棒進(jìn)行傳播，當(dāng)發(fā)射出的電磁波遇到被測(cè)介質(zhì)表面時(shí)，發(fā)射出的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置，發(fā)射裝置與被測(cè)介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時(shí)間成正比，經(jīng)計(jì)算得出液位高度[6]。

優(yōu)勢(shì)：導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)對(duì)液體、顆粒及漿料等可以進(jìn)行連續(xù)物位測(cè)量，在實(shí)際測(cè)量過程中不受介質(zhì)變化、溫度變化、濕度變化、惰性氣體及蒸汽、粉塵、泡沫等因素的影響[7]。雷達(dá)液位計(jì)精度高可達(dá)到5mm，量程范圍廣最大為60m，耐高溫250℃以上、耐高壓40kg，并且雷達(dá)液位計(jì)適用于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域液位的測(cè)量使用。

用途：導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用于水液儲(chǔ)罐、甲醇儲(chǔ)罐、酸堿儲(chǔ)罐、漿料儲(chǔ)罐、固體顆粒、小型儲(chǔ)油罐、蠟油儲(chǔ)罐以及各類導(dǎo)電、非導(dǎo)電介質(zhì)，腐蝕性介質(zhì)。如煤倉(cāng)、灰倉(cāng)、油罐、酸罐等[8]。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)使用注意事項(xiàng)：導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)對(duì)安裝空間有一定的要求，安裝法蘭口直徑不能小于安裝最低要求，直管段不能高于最大尺寸，同時(shí)注意介質(zhì)的介電常數(shù)，一定要跟據(jù)介質(zhì)的介電常數(shù)的大小選擇適合的型號(hào)：

1）測(cè)量介電常數(shù)一定要≥1.4，否則無法正常測(cè)量使用；2）容易產(chǎn)生粘附的介質(zhì)不能選用雷達(dá)液位計(jì)，一般要求測(cè)量粘度≤500cst；3）對(duì)于桿式雷達(dá)液位計(jì)，選用的最大量程6m，超過6m應(yīng)選用纜式雷達(dá)進(jìn)行測(cè)量；4）對(duì)于蒸汽和泡沫介質(zhì)液位的測(cè)量本身有很強(qiáng)的抑制能力，能夠保證本身的測(cè)量準(zhǔn)確度；5）在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于那些介電常數(shù)比較小的液體物料通?？梢圆捎秒p探桿式測(cè)量方式，可以很好地保障測(cè)量的準(zhǔn)確度。

1.3 壓力差壓液位計(jì)

差壓式液位變送器在液體容器的底部和頂部安裝，通過測(cè)量容器兩個(gè)不同點(diǎn)處表壓信號(hào)來反應(yīng)液位的高度。差壓儀表按照其形式分3種：氣動(dòng)、電動(dòng)及法蘭式差壓液位變送器。其安裝方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和信號(hào)遠(yuǎn)傳，通常有氣相和液相兩個(gè)取壓口，設(shè)備的氣相壓力取壓點(diǎn)為氣相取壓，設(shè)備底部液相處壓力為液相取壓點(diǎn)，而液相取壓點(diǎn)壓力除了受容器本身液體產(chǎn)生的靜壓力，還受氣相壓力的作用，液相和氣相壓力之差就是設(shè)備內(nèi)液柱產(chǎn)生的靜壓力[9]。

2 高溫蠟油介質(zhì)液位計(jì)使用及維護(hù)

2.1 浮筒式液位計(jì)

浮筒液位計(jì)耐高溫高壓、抗振性能好、質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠。采用系列化設(shè)計(jì)，多種安裝方式，實(shí)用面廣，可裝于各種儲(chǔ)灌和過程罐，各種常壓罐和壓力容器[10]。非常適用于高溫蠟油介質(zhì)的液位測(cè)量。蠟油介質(zhì)工況下使用浮筒液位計(jì)測(cè)量值穩(wěn)定，趨勢(shì)平緩，不會(huì)出現(xiàn)液位大幅度波動(dòng)，影響工藝觀察調(diào)節(jié)，并且在線狀態(tài)下可以進(jìn)行量程和零點(diǎn)的調(diào)節(jié)標(biāo)定。缺點(diǎn)：1）在蠟油工況下，浮筒需要良好的伴熱保溫，對(duì)于輕油介質(zhì)不易采用強(qiáng)伴熱，容易引起介質(zhì)揮發(fā)沸騰，導(dǎo)致浮筒液位計(jì)誤指示；2）受天氣影響冬季維護(hù)量隨之增加，伴熱提供的熱量不夠，容易引起蠟油凝結(jié)造成液位計(jì)無法正常使用。

浮筒液位計(jì)在高溫蠟油介質(zhì)液位測(cè)量的主要故障及處理方法：

1）浮筒液位計(jì)連接設(shè)備的根部閥堵塞

因高溫蠟油介質(zhì)本身的理化特性，介質(zhì)粘稠、易凝固等特點(diǎn)，根部閥伴熱溫度低以及液位計(jì)長(zhǎng)期運(yùn)行都會(huì)引起根部閥處的介質(zhì)凝固，致使根部閥出現(xiàn)堵塞情況，造成液位計(jì)無法正常測(cè)量指示。

處理：檢查伴熱及保溫完好情況，進(jìn)行完善；關(guān)死根部截止閥，打開排污閥，通過密排管線對(duì)液位計(jì)進(jìn)行排污疏通處理。

2）蠟油沉淀凝固在浮筒里

浮筒內(nèi)蠟油介質(zhì)處于一個(gè)相對(duì)靜止的狀態(tài)，蠟油沉淀凝固在浮筒里，浮子在浮筒內(nèi)直接被卡住，由于浮子已經(jīng)被蠟油包裹卡死，即使液位變化，浮子也無法移動(dòng)，不能產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的位移信號(hào)，造成指示死值影響工藝判斷操作。

處理：將浮筒液位計(jì)與設(shè)備連接的根部閥切死，同時(shí)用高溫蒸汽加熱浮筒外壁，熔化內(nèi)部沉淀凝固蠟油，加熱一定時(shí)間后，慢慢打開排污閥通過密閉排放進(jìn)行排污，排污完成后關(guān)閉排污閥，投用根部截止閥觀察液位指示是否正常；投用后仍指示不準(zhǔn)，將浮筒切除通過排污閥泄壓交出后，對(duì)浮筒進(jìn)行拆檢，用高溫蒸汽把浮筒和浮子上凝固的蠟油全部清理干凈后投用。

3）浮子的掛扣脫落

浮子掛扣連接脫落，扭力管所受到的力直接為零，相當(dāng)于浮子完全浮起液位滿量程時(shí)的情況，表頭輸出指示最大（顯示110%）。

處理：將浮筒液位計(jì)與設(shè)備連接的根部閥切死，打開排污閥，通過蠟油密排管線進(jìn)行排放泄壓，拆解浮筒液位計(jì)，把浮子掛扣掛好后投用。

2.2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在高溫、高壓、易揮發(fā)、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)工況非常適用，測(cè)量范圍大、本身壽命長(zhǎng)，一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒有可動(dòng)部件，本身不存在機(jī)械磨損，大大延長(zhǎng)了自身的使用壽命。根據(jù)本身的這些特性，使用在高溫蠟油介質(zhì)的工況非常合適，不會(huì)因?yàn)榻橘|(zhì)中有揮發(fā)的油氣而影響液位的真實(shí)指示，同時(shí)本身可以在線進(jìn)行空標(biāo)查看液位的真實(shí)回波來判斷液位測(cè)量的準(zhǔn)確性。缺點(diǎn)：1）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在實(shí)際測(cè)量中是依靠介質(zhì)的介電常數(shù)不同的特性進(jìn)行測(cè)量反饋回波，而在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)出現(xiàn)介質(zhì)分層，內(nèi)部存在兩種不同的介質(zhì)，造成液位計(jì)不能正確指示；2）蠟油介質(zhì)本身熔點(diǎn)高，液位計(jì)使用過程中需要良好的保溫伴熱，伴熱熱量不夠在雷達(dá)液位計(jì)的導(dǎo)波桿及纜繩上凝結(jié)蠟油，造成液位計(jì)虛假指示。

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)在高溫蠟油介質(zhì)液位測(cè)量的主要故障及處理方法：

1）雷達(dá)液位計(jì)導(dǎo)波筒內(nèi)介質(zhì)分層

蠟油介質(zhì)實(shí)際生產(chǎn)使用過程中，介質(zhì)中會(huì)攜帶一定的水分，液位計(jì)長(zhǎng)期運(yùn)行在液位計(jì)形成分層現(xiàn)象，水的介電常數(shù)大，蠟油的介電常數(shù)相對(duì)小，這時(shí)雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)到的最強(qiáng)回波來指示液位，不能正常測(cè)量真實(shí)液位。

處理：關(guān)閉導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)根部截止閥，打開密閉排污閥，將導(dǎo)波筒內(nèi)的水排出，投用液位計(jì)。

2）雷達(dá)液位計(jì)導(dǎo)波桿上凝固蠟油介質(zhì)

蠟油介質(zhì)容易凝固到導(dǎo)波桿上，導(dǎo)致在此處始終存在一個(gè)虛假回波。

處理：關(guān)死根部截止閥，打開排污閥泄壓，對(duì)導(dǎo)波桿進(jìn)行拆檢，清除凝固蠟油。

2.3 插入式雙法蘭差壓液位計(jì)

插入式雙法蘭差壓液位計(jì)測(cè)量精度高，量程、零點(diǎn)外部連續(xù)可調(diào)，穩(wěn)定性能好，耐過壓、阻尼可調(diào)；固體傳感器設(shè)計(jì)，無機(jī)械可動(dòng)部件，維護(hù)量少[10]；可根據(jù)接觸的蠟油介質(zhì)特性選擇膜片材料。

1）液位波動(dòng)較大

介質(zhì)波動(dòng)大或汽化嚴(yán)重，毛細(xì)管有破損，介質(zhì)泄漏，膜盒損壞，伴熱溫度過高。

處理：更換變送器，調(diào)整伴熱溫度。

2）指示最大或最小

低壓側(cè)（高壓側(cè)）隔離液泄漏、膜片壞，毛細(xì)管損壞。

處理：更換變送器。

3 結(jié)束語

高溫蠟油介質(zhì)液位計(jì)的選用應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況選擇，浮筒液位計(jì)容易出現(xiàn)蠟油介質(zhì)凝固在浮筒表面導(dǎo)致液位無法正常測(cè)量，需要大量維護(hù)；同時(shí)對(duì)整個(gè)浮筒的伴熱系統(tǒng)也有較高的要求。雷達(dá)液位計(jì)因?yàn)闇y(cè)量液位的原理是依靠介質(zhì)的介電常數(shù)，化工生產(chǎn)中高溫蠟油介質(zhì)的工況往往會(huì)形成介質(zhì)分層，造成液位計(jì)波動(dòng)假指示，影響工藝控制指標(biāo)；而高溫蠟油介質(zhì)使用插入式雙法蘭液位計(jì)進(jìn)行測(cè)量，不僅不用考慮高溫蠟油介質(zhì)易凝固需要伴熱的問題，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)根部閥堵塞等，并且實(shí)際使用過程中，量程和零點(diǎn)全部可以在線進(jìn)行處理修正，維護(hù)量很小，保證了液位測(cè)量的準(zhǔn)確性。