浅谈甲醛罐液位计的选型与分析

刘斌

（山西阳煤化工工程有限公司，山西 太原030024）

0 引 言

新疆国泰新华一期项目中的甲醛罐液位计选择的是单法兰液位计，但在投产运行半年后，就发现液位不再变化，经检修发现甲醛罐罐底有一层厚厚的甲醛聚合物，其导致液位压力无法传导到液位计的膜片上，以致无法有效测量。因此，单法兰液位计不适合甲醛液位测量。经过分析，决定对甲醛罐液位仪表进行重新选型，综合考虑各液位测量仪表的优缺点，选择在该生产工况下最合适的液位仪表。

罐区液位的监视对于装置中的物料平衡操作具有非常重要的意义，需要密切关注液位变化，以确保Buncefiled罐区（2005年，英国）、CAPECO罐区（2009年，美国）和Indian Oil Corporation罐区（2009年，印度）那样的重大火灾和爆炸事故不再重演。

1 甲醛的理化特性

纯净的甲醛在常温常压下是一种无色，有特殊气味的气体，与空气充分混合后可以形成爆炸性气体混合物，爆炸极限为7%～73%，熔点为-92℃，沸点为-19.4℃，易溶于水，乙醇等多数溶剂。贮存要求阴凉、通风，并需要远离火种与热源。包装要求密封，不可与空气接触。

2 甲醛液位计的选型

结合甲醛易聚合的特性，详细介绍以下几种常见的液位计在该特殊工况下的使用测量原理及优缺点。

2.1 差压式液位计

差压式液位计是基于静压式的测量原理，将液位转换为静压力测量的一种液位计。

假设容器上部气体压力为pA，选定液位处压力为p0。则自选定的液位处至高h所产生的静压力差Δp可表示为：Δp=p0-pA=ρgh。将上式变形，得：h=Δp/ρg=（p0-pA）/ρg。

差压液位计测量原理如图1所示。

图1 差压液位计测量原理Fig.1 Measuring principle of differential pressure level Meter

差压式液位计的优点为结构及测量原理简单、线性化、安装方便且后期维护工程量小，维护成本较低；其缺点为需对设备侧壁进行开孔以安装测量仪表，由于其受介质密度和温度影响很大，所以在介质密度、温度有波动的工况中常常精度比较差。为应对此种情况，需安装配备其他测量仪表。因此成功搭建一套完善的静压测量系统总价相对会很高。

对于甲醛易聚合生成固态物质而失去压力传递，无法测量出其液位，故不适合用于甲醛液位测量。

2.2 钢带式液位计

钢带式液位计是基于力学平衡原理的机械式液位计。钢带牵连的浮子受到重力、浮力和恒定拉力的作用，处于准平衡静止状态，之后随着液位的不断变化，浮子也会不断达到新的动态平衡，再由检测装置指示出液位值。在常规的测量中，需导向固定浮子。此外，测量钢丝需直接固定在罐底以减少因浮子随液面的晃动所带来的测量误差。

钢带式液位计测量原理如图2所示。

图2 钢带式液位计测量原理Fig.2 Measuring principle of steel belt level Meter

钢带式液位计结构简单、价格低廉、量程范围大。但机械装置较复杂且冬季易受介质聚合影响，钢带导轮、变送机构易卡涩，促使运行的维护量增大。

对于甲醛液位测量，由于甲醛粘稠，测量钢丝和浮子很容易被附住而不能随液面上升或下降，从而失去液位测量功能。故不适合甲醛液位测量。

2.3 伺服液位计

在大型储罐液位的高精度测量中，伺服液位计一直被广泛地使用。其工作原理是通过将钢丝牵连浮子浸入一定深度，在该深度下，浮子重力、测量钢丝拉力及被测液体的浮力达到动态平衡。而当液面发生变化时，测量浮子所受的浮力也相应会跟着出现变化，促使测量钢丝拉力发生变化，力感应器会根据测量钢丝上的拉力变化，使伺服电机以固定步幅动作放下或拉卷测量钢丝，促使浮子持续跟踪液面变化，内部计数器同步自动记录伺服电机的动作步数，进而计算出液位的变化量，从而实现精确测量。生产过程中需要导向管两端与罐体内壁固定，以导向和保护测量钢丝和浮子。

伺服液位计具有高精度、高稳定性、宽量程的优点，源于有导向管的因素，测量值无需修正，其缺点是安装相对复杂，初次调试麻烦，投资成本昂贵，在测量粘稠度较高的介质会存在误差。

对于甲醛液位测量，同样因甲醛粘稠的原因，故伺服液位计不适合对甲醛液位进行测量。

2.4 雷达液位计

雷达液位计是通过向被测介质的液面发射超高频电磁波，电磁波碰到液面后会反射回来，通过检测电磁波及电磁回波的时差，从而计算出液位。雷达液位计测量储罐液位，不受介质粘稠、有毒等因素影响，安装施工比较简单方便。但由于电磁波是从液面返回接收，如果在液面中有盘管等突出物，对于雷达波会有一定的影响。且如果测量介质在天线表面产生结露，将会直接影响到测量精度，因而需要定期对雷达喇叭口天线进行有效维护，当然也可选带空气吹扫装置的天线结构来防止结露，或选用特殊密闭设计的天线系统以减小维护量。

雷达液位计测量原理如图3所示。

图3 雷达液位计测量原理Fig.3 Radar level Meter measurement principle

2.5 超声波液位计

超声波液位计是利用高频脉冲声波和遇到被测液面被反射折回的回波，反射回波再转换成电信号。超声波液位计适用于大部分液体及粉状颗粒状固体测量，不受粘度、密度影响。其优势在于无机械可动部件，可靠性高，安装简单方便，但有盲区的因素，也使得不可使用超声波液位计用于测量压力容器和易挥发性介质。另外，如果被测环境中存在蒸汽、挥发性介质等都将会极大地影响测量精度。而在储罐液位偏低时，可能会发生低液位测量盲区或测量精度降低的情况。

超声波液位计工作原理如图4所示。

图4 超声波液位计工作原理Fig.4 Working principle of ultrasonic level Meter

3 几种液位计的比较

综上所述，对于甲醛罐的液位计选型，从测量原理、优缺点，价位以及不同场合下的选择分别进行了详细阐述。

液位计比较见表1。

表1 液位计比较Table 1 Comparison of level meter

经综合考虑分析，最终选取雷达液位计来测量甲醛罐液位，既安装简单，不需要在罐体上新开孔，又可以利用罐体上原有的人孔进行安装，不与甲醛介质接触，不受介质影响。但是基于新疆的气象条件，低气温可能会存在冷凝液附着在罐壁，对测量精度有影响，因此需要人工进行擦拭清洁。

4 结 语

众所周知，液位计的选型受到现场环境，使用工况，施工安装情况以及后期维护等因素的影响，不可能存在一款理想型液位计应对所有生产工况。以上几种液位计选型相同，只有针对具体工况的要求，具体问题具体分析，抓住需要解决的主要问题，实际问题就会迎刃而解。