化工设备常用液位计选型及优化方案

刘旭皓

摘要：化工生产中，设备、储槽广泛使用液位计用于过程控制及产品储存的监控。液位计选型合适与否，影响着过程控制的精确及液位仪表的寿命。本文介绍过程控制中常用的几种液位计，通过几种典型工况的分析，总结了应对相应工况条件下使用液位计的优化方案。

关键词：液位计;剧毒腐蚀性介质;大槽;大型高温反应釜

化工生产过程中，经常需要测量容器中的介质液位高低，用于库存计算、过程控制、监控等功能，而实现这些功能所采用的仪表，就是液位计。液位计根据其工作原理，可分为雷达液位计、双法兰差压液位计、磁翻板液位计等。随着科学技术发展日新月异，液位计的选型也有了更多的发展变化和选择。本文我們以几个常规液位计使用经验为例，来分析和讨论几个典型工况下液位计选型的优化方案。

1、带压高槽的液位计选型优化与应用

通常，在化工企业产品罐区大槽（10米甚至更高），除了常规磁翻板液位计用于现场就地液位显示外，还需要使用液位变送器将检测的液位信号传送至DCS进行监控。常压储槽我们一般可以选择雷达液位计等形式用于液位检测，带压储槽我们可考虑使用双法兰差压液位计、雷达、伺服液位计等形式液位计用于液位检测。

从成本来说，伺服液位计、雷达液位计成本相对较高，站在公司运营成本等方面，常规考虑会选配双法兰差压液位计（下称双法兰液位计）作为带压大槽液位测量仪表。双法兰液位计从结构上来说，传统设计为两侧取压法兰均配毛细管连接，作为大槽液位测量，作为变送器的表头又要安装在适合观察的高度位置，双边毛细管往往需要做到10米甚至更长。

以某某公司罐区大槽为例，该槽高度约15米，液位计下法兰高度离地3米，投用初期使用双边均为近18米长的毛细管，安装后正压侧（下法兰）毛细管因为过长，需要被盘成大捆挂在一边，现场目视感较差。同时单边毛细管过长也造成成本上的浪费。

经过投产后长时间使用，该槽液位计出现测量偏移，根据量程、迁移量计算，无法做到准确测量液位。该公司仪表技术人员到场拆检发现，法兰膜片凹陷无无弹性，判断应该是因使用时间较长，外部温度等环境条件恶劣等因素，造成毛细管内填充液缺失。借此机会，仪表技术人员选用新型电子远传差压液位计作为替代。电子远传差压液位计，与传统液位计不同的地方，是取消毛细管的设计，正压侧取压仪表与负压侧取压仪表通过电缆连接，将测量的压力信号处理转换成差压信号，变送至DCS进行液位监控测量。该形式液位计优点在于取消毛细管设计，从而避免了外部环境因素对毛细管填充液的影响，提高了液位计使用寿命;同时没有毛细管的设计，现场不存在毛细管悬挂、盘卷问题，目视化管理提升。对于仪表成本来说，仅相对有所少量提升。当然，一般生产装置中小型储槽、罐的液位计，也可考虑选用单边毛细管的结构设计，正压侧法兰直连变送器，负压侧法兰通过毛细管与正压侧变送器连接，减少正压侧毛细管，可相对降低成本、提高仪表响应速度，也是不错的优化选择。

2、剧毒腐蚀性介质储槽的液位计选型优化与应用

以某公司液氯大槽为例。由于液氯自身的腐蚀、剧毒性质，该公司选择衬塑杆式导波雷达液位计作为该盐酸槽液位检测使用。储槽投用初期，液位检测能够正常使用。随着使用时间加长，DCS岗位频繁向仪表人员反映导波雷达液位计指示液位波动频繁、虚假液位等故障情况。仪表技术人员趁储槽隔离清理机会，到场拆下导波雷达液位计，发现衬里内的导波杆有腐蚀、断裂情况，衬里部分位置（法兰密封面处较明显）鼓包翻起，衬里内有液状介质残留。液位基本指示在衬里内残液聚集位置。

专业技术人员分析出现这种情况的原因，判断操作工况下，液氯为低温液态储存，在储存交出清理过程中充压泄压频繁，造成衬里损坏及介质渗透。因该储槽为重大危险源监控区域，介质剧毒，导波雷达无根阀隔离，平时无法顺利交出检修。为保证液氯储槽液位的正常监控，该公司专业技术人员参考现场使用工况、评估风险，考虑选用非接触型液位计进行液氯液位测量。

非接触型液位计一般可选择超声波液位计、雷达液位计、核辐射液位计等类型，经过该公司仪表专业人员评估，选择了声纳式外测液位计用于该储槽的液位检测。某某公司的声纳式外测液位计，是利用声纳测距原理，测量探头安装在容器外壁上，通过探头发射和接收声纳信号，穿透容器壁在介质中形成回波，实现测距，通过利用“微振动分析”技术从容器外测量液位的仪表，因为其贴壁安装，无需设备开孔、不用法兰，不接触罐内液体或气体介质，可以实现在线安装、维护，是一种完全非接触隔离式仪表。通过设定测量液位的测量起始高度、液位总高、设备直径、壁厚、盲区等参数，实现液位的非接触式测量。

通过更换优化液位计选型，目前该公司液氯储槽液位测量基本能够做到免维护;液位计停用维护无需设备交出，避免了剧毒介质的泄漏风险。需要注意的是，外测声纳液位计测量与设备内介质洁净程度有一定关系，因该公司液氯介质较脏，储槽在一定时间后，槽底会有一定程度的酸泥状杂质积累，造成声纳波信号的衰减，影响测量精度。在这种情况下，可通过调整盲区参数和起始液位高度，即可简单的排除测量偏差问题，从而降低了维护工作量和维护风险。

3、带压容器双法兰液位计故障后应急处理措施。

某公司一中间储罐，设计使用双法兰差压液位计作为液位测量仪表。某一时期，因液位计故障，且无备件表更换，生产岗位无法做到液位监控。该公司仪表技术人员根据双法兰差压液位计的工作原理，结合该中间储罐的操作工况，提出了使用法兰式压力变送器作为临时替代仪表，用于液位测量的方案。方案中，该中间槽顶有安装压力变送器作为储槽压力监测，该储槽顶气相压力稳定，通过原液位计下法兰安装压力变送器，将检测的压力数据变送至DCS，在DCS中增加运算模块，将该压力信号与槽顶压力信号相减，与满液位产生的压力相除，即可得知储槽液位的百分比数据。如以下公式：

P正=P气+P液实

P负=P气

L%=（P正-P负）/P液*100%

P正——液位计下法兰测量的压力值

P负——储槽气相压力值

P液实——储槽实际液位产生的压力，即ρgh（h为实际液位）

P液——储槽最大液位产生的压力，即ρgH（H为最大液位）

通过该方案，某公司生产岗位成功渡过了备件液位计采购周期，保证了生产控制的稳定。需要注意的是，若储槽气相压力波动频繁，该方案有较大使用缺陷。因为方案中，液位测量通过2台压力变送器测量数据做运算实现，两台液位计信号处理时间周期不一定同步，若气相压力波动频繁，可能会出现DCS液位显示趋势的频繁波动，不利于生产过程控制。

4、结束语

科学技术日新月异，过程仪表的技术也在随着科技进步，在不断更新完善中。化工生产活动中，自控仪表作为其核心，也需要伴随着世代的更新，而不能故步自封。作为仪表人，我们应该更多的掌握、了解前沿的仪表技术，分析原理，将之应用于生产之中，更好地提高生产自动化程度，为企业产生更高的价值。