恒力儀表_磁翻柱浮子液位計_磁翻板浮球液位計_玻璃管液位計

磁致伸縮液位計工作原理

　　液位變送器由三個主要部分組成。外管部分是耐腐蝕，耐工業惡劣環境的產品材料。變送器的核心部分是最內核的波導管，它是由一定的磁致伸縮物質構成。變送器的電子部分產生一個低電流的詢問脈沖，該脈沖同時產生一個磁場，并沿波導管向下傳播。當該磁場和波導管上的浮子內的永磁體所產生的磁場相交時，就會產生一個應變脈沖，或叫波導扭曲。應變脈沖沿波導管返回并被電子單元所接收，通過精確測量詢問脈沖和返回脈沖之間的時間間隔，可獲得高精度、高重復性的液位值。

　　磁性浮子液位計原理

　　液位計根據浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當被測容器中的液位升降時，液位計本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅動紅、白翻柱翻轉，當液位上升時翻柱由白色轉變為紅色，當液位下降時翻柱由紅色轉變為白色，指示器的紅白交界處為容器內部液位的實際高度，從而實現液位清晰的指示。

　　油罐液位儀表的設計及應用

　　一、概述

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　　洛陽石化總廠油品罐區（包括原料油罐、成品油罐和中間原料油罐共18個罐區約108臺油罐）自動化水平較低，油罐的檢測儀表比較落后，大部分是80年代建廠時安裝的鋼帶液位計及其換代產品光導液位計。該類儀表傳動部件較多，容易發生故障，且檢測精度較低，現有儀表的控制水平越來越不能滿足現代化生產管理的需要，隨著儀表技術的發展及儲罐計量要求的提高，更換一批精度高、性能穩定的罐區檢測儀表是非常必要的，本文對油罐液位儀表的使用情況及設計選型中的考慮要點作簡要介紹。

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　　油品儲罐（簡稱油罐）計量的目的儲罐計量指對大型儲罐內儲存液量進行測量，從而獲得儲罐庫存量。通過儲罐計量得到庫存量是一個企業掌握庫存資料以便指導生產和銷售的重要管理項目，因此，對庫存量的測量精度和重現性要求較高。

　　購進原料和輸轉產品往往也可以實現儲罐計量，煉油廠內的半成品中間罐區對儲罐計量精度要求不高，但測量的可靠性及重現性卻非常重要。不管是原料罐、成品罐或中間罐，由于儲罐泄漏或油氣排放導致的環境污染及經濟損失都是需要避免的，所以必須要有可靠而穩定的儲罐計量測量系統。

　　根據油罐液位的測量原理，可分為兩大類，一類為直接測量高度法，另一類為壓強法。直接測量高度法主要是依靠下述方法或儀表來完成油罐液位測量，如人工檢測尺測量、浮子鋼帶測量、伺服式液位計、雷達液位計、超聲波液位計、電容式液位計、磁致伸縮液位計等?；趬簭姺y量原理的測量系統主要有靜壓式測量液位系統、稱重儀等。

　　二、各種液位計的特點

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　　利用浸入式刻度鋼皮尺測量液位，取樣測量油溫和比重，通過計算得到儲液體積和重量。這是古老的也是至今仍被全世界廣泛使用的儲罐計量方法，它可以用作現場檢驗其他測量儀表的參考手段。人工液位測量的精確度一般認為是使用的刻度鋼尺精度加上±2mm的人為誤差。

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　　如大連自動化儀表五廠的UHZ-Ⅲ系列，這種液面計在國外30年代開始使用至今仍有較高的市場占有率，這種儀表的優點是比較直觀，價格較便宜。缺點是傳動部件多，容易發生故障，尤其是對安裝要求比較高。如不符合要求，可能一開工就不能用，因此選用這種儀表時，在說明書中都提出生產廠家必須指導安裝的要求。在投資有限的項目中，中小型罐仍可考慮選用該表。但16m以上的罐不適合選用該種儀表，因為罐越高，安裝的平行度、垂直度以及盤簧的質量要求越高；外浮頂罐也不適合，因為一有風吹，指針上下擺動，不穩定，并容易損壞衡力盤簧。光導液位計也列入這一行列，屬同類產品，選用哪一種一般應與用戶協商確定。

　　這些產品目前在中小煉廠、小油庫及中間原料油罐區還有選用的余地。

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　　伺服液位計因其用一臺伺服電機，使浮子跟隨液位或者界面變化故得其名。如荷蘭Enraf公司的UEBF854B21C2AZ型液位計。這種液位計功能強，可測液位、界位、介質比重等，精度高（±0.9mm），故障率比較低，與計算機聯網比較方便，受到操作和維護人員的歡迎，但價格比較高，在設計選型過程中，往往在審查初步設計階段就會遇到障礙。圖2為伺服液位計原理圖。

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　　利用雷達電波測量液位是近幾年國內外都很關注的技術。如德國Endress+Hauser公司的FMR130-OVAD2DAIA型液位計。由于液位計不接觸介質，又無可動部件，故障率低，而且精度也很高，是一種對用戶很有吸引力的液位計。

　　不論雷達液位計還是伺服液位計都是性能很好的儀表，但目前由于價格偏高，在國內大面積推廣還有一定困難，但隨著技術的發展，這些儀表性能價格比的不斷改善，使用會越來越廣泛地被采用。

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　　這是一種剛剛進入中國市場的新型液位計。它的測量原理是利用磁場脈沖波，測量時液位計的頭部（罐的上部）發出電流“詢問脈沖”，此脈沖同時產生一磁場，沿著波導管內的感應線向下運行，在液位計管外配有浮子，浮子可隨液位、沿側桿上下移動，浮子內藏有一組磁鐵，并產生一個磁場，兩個磁場相遇則產生一個新的變化磁場，隨之產生新的“返回脈沖”，測出“詢問脈沖”和“返回脈沖”的周期便可知道液體的變化位置。該液位計可動部分只有浮子，故維護工作量小、安裝比較簡單、精度也比較高，另一個特點是可同時測溫，但它不適合重質油品的檢測。

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　　利用測量液體壓強的方式獲得液位的儀表，最簡單的HTG（HydrostaticTankGaugings）系統只有一個變送器，將測得的壓強乘以儲罐的面積就可以得到液體的重量。但早期的差壓變送器測量精度低、環境溫度影響比較大，對操作工來說又不直觀，所以采用這種測量方式的用戶不多，對于不用遠傳儀表的用戶更無法使用。但是這種測量方式因為可動部件少，維護工作量小而且方便，設計人員在一些重質油罐上，用單法蘭差壓變送器，對于一些較小的煉廠或油庫要搞遠傳監控也采用了這種測量方式。由于變送器和計算機技術的進步，靜壓式測量液位近年來又取得了新的進展，精度和可靠性都有很大提高，從統計資料看雖然總數不多，但遞增幅度較大。

　　此外，還有電容式液位計、超聲波液位計，也都各有特點，因現場使用數量較少在此不做比較和分析。

　　三、各類油罐計量測量儀表的應用

　　1．各類油罐計量測量儀表應用性能的比較，參見表1。

　　2．幾種儀表在洛陽石化總廠的應用，參見表2。

　　3．各種儀表的介質使用情況，參見表3。

　　4．各種儀表在庫存計量中的誤差，參見表4。

　　從應用角度來說，對儲罐計量測量儀表系統的要求應是：精度高（重量、液位）、高重現性、絕對安全、易操作、易維護、高可靠性、數據遠傳與接口標準化等。

　　四、設計選型的原則

　　1．考慮油罐的大小和特點

　　對10，000～100，000m3油罐，以及較大的液化氣罐選用較高的液位計，中、小罐可以選用一般液位計。

　　2．考慮油罐的種類

　　直接售油或者進油的罐，選用高精度液位計，中間罐、一般儲料罐可以采用一般儀表。

　　3．考慮介質的特性

　　重油盡量采用與被測介質不接觸或少接觸類型儀表，輕油可用一般儀表。如果用戶整體水平很高，投資限制不嚴格，可采用性能較高的液位計。老廠改造或新增加的罐區要考慮原來采用的液位計使用情況，如果使用狀況良好，盡量統一選型，以減少維護人員的負擔。在用戶方面操作人員希望液位計使用方便，測量準確，儀表車間希望液位計工作可靠減少維護人員。設計時應該給予考慮。

　　洛陽石化總廠就是按照該設計選型原則，對于容積大于2000m3以上的重質油罐及不易揮發的油品（如50，000m3原油罐）且計量精度要求高的場合選用了計量級雷達液位計，易揮發且計量精度要求高的汽柴油及液化氣罐液位測量采用伺服液位計。一些計量精度要求不高的油品儲罐一般采用鋼帶及光導液位計計量，這種設計思想既滿足了計量精度要求，也為總廠節省了投資。

　　五、結語

　　通過對液位計在不同場合的合理選用，為洛陽石化總廠罐區自動化目標的實現提供了可靠的依據，使全廠油品計量精度大大提高，不僅找回了該廠原油長期虧損的原因，還為挖潛增效提供了可靠的依據；同時也減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率，為計量上等級奠定了基礎。

　　儲罐液位儀表的應用及發展

　　儲罐應用在各行各業，它的主要功能是實現物料貯存和數量交接，因此，對罐內物料的計量是一項很重要的工作。下面就油庫液體物料儲罐液位儀表的應用和發展談談一些看法。

　　一、油罐液位的測量方法

　　目前，我們測量液位所使用的測量儀表種類較多，但其測量方法基本上可以分為兩大類，一是直接測量法，二是間接測量法。

　　直接測量法即人工測量法，是利用計量工具直接測取液位，不需要任何中間轉換。例如，石油化工儲運系統用的人工量油尺，浮子鋼帶式直讀液位表（如讀取光導表一次表刻度值），磁性翻版液位儀等等。這種測量方法直觀、可信度高、使用簡單，并且造價低，但人為讀數誤差較大。目前在多數石化企業人工檢尺仍是測量、控制液位的主要方法，并且經常作為標定其他儀表的主要參考。

　　間接測量法是利用傳感元件測出與液位有關的信號后，再利用電量的轉換得到所測液位儀。例如：某油庫45號罐區所使用的差壓式液位儀就是測量液體在不同高度所產生的壓力差，然后利用計算機通過密度換算，溫度補償等得到液位值。再比如光導液位儀表是利用光電原理從與浮子罐內浮子相連的信息碼帶上讀取液位編碼信息，然后通過二次表翻譯成液位值。此種測量方法較為復雜，成本高，系統誤差大，但可大大降低勞動強度，能有效及時的避免溢罐等安全事故的發生，容易實現儲罐區自動化管理。

　　二、油庫液位儀表的使用現狀

　　目前油庫液位儀表種類繁雜，先進程度不一，質量參差不齊，儀表精度較低。下面按儀表引進年代逐個介紹。

　　20世紀80年代中期大部分油庫引進了浮子鋼帶液位儀，比較典型的有蘭州東升儀表廠生產的HIC-B型和YZJ-1型恒力彈簧液位儀，幾乎裝備了所有儲罐，目前在小容量儲罐上還有一定的占有量。這種液位儀表利用了重力平衡式原理和彈簧平衡式原理，編碼采用碼盤編碼。該表優點是精度較高，維護簡單，現場一次表指示清楚，價格低；缺點是對安裝要求較高，機械結構過為復雜，機械摩擦力、安裝精度和鋼帶線性膨脹等都會影響測量精度。特別是一次表內傳動機構復雜如同鐘表一般，任何一個零件失效將直接影響儀表運行。該表還有一個缺點是鋼帶容易卡帶脫槽，導致儀表不能運行。由于二次表碼盤制造比較粗糙，銅制電路板轉動時間較長容易磨損和受到油氣腐蝕，使得觸點接觸失效，二次表顯示錯誤，很容易形成安全隱患。該類儀表目前已經淘汰停產，油庫也在陸續淘汰。上世紀90年代初各油庫引進安裝了一批差壓液位儀，比如某油庫引進了蘭煉儀表廠生產的FPA35WB1型差壓表。這種儀表屬靜壓式儲罐計量儀表，是利用帕斯卡定理進行測量的。該表優點是無需安裝罐內儀表，具有性能穩定可靠，便于操作、易于計算機網絡化管理等優點。根據該表的原理及理論計算公式P=（gh）可知，理論誤差幾乎是不存在的，但是實際使用過程中并非如此。該儀表的誤差主要是從測量儀表如壓力、溫度變送器的測量誤差引入的；還有一個最重要的影響因素就是密度，就目前大部分油庫使用情況來看，密度是在每次質檢分析部門測得后才輸入的，然而由于收發油的影響，密度變化很大，與同實際情況多有不同，因此導致計算機計算值誤差也很大，一般在30～500mm。該表要求安裝條件也比較高，首先壓力變送器取壓孔應位于儲罐上油品相對靜止的地方，以防止進油或發油時產生油品擾動，而可能產生附加壓力；其次壓力變送器的固定支架應與罐壁成一體，以防止外力施加與變送器上使變送器受力從而增大測量誤差。該表還有一個缺點就是一次表校驗比較麻煩，必須倒掉罐內油品并拆下儀表進行校驗，在生產緊張時儀表將長時間得不到維修和標定。從某些油庫的使用情況來看，只能作為監測目的使用。

　　近年來，隨著變送器和計算機技術的發展，人們將靜壓測量儀表的變送器增加到2～3個，從而消除影響儀表精度的一些不確定因素，比如可以通過帶有兩個壓力變送器的差壓表測出的壓力值聯立方程組得出密度等，從而消除認為測量密度產生的誤差對儀表精度的影響。該種改進表稱為HTG系列靜壓測量系統。比單變送器靜壓測量儀表準確度高了很多。但是也有不足之處，比如由于實際存在的儲液溫度和密度的分層，是影響該表精度的主要原因，當然也存在壓力、變送器的測量誤差，但較之單變送器靜壓液位儀來說已經相當精確了。另外該表還可實現對儲罐內介質密度、液位、溫度、體積、質量等變量的測量。

　　從1995年起某些油庫開始引進內存碼多功能液位儀，代表產品比如溫州達達儀表廠生產的型號為ZD-B10型液位儀表。該表一次表是鋼帶浮子式，外部鋼帶為信息碼帶，刻有讀數和大小一樣的信息碼孔，當鋼帶產生位移時變送器將移過探頭的信息碼孔數量進行累加統計，然后換算成長度后加上初始值即得到液位。該表優點是一次表精度很高，缺點是由于初始值必須在儀表加電后輸入（即輸入人工檢尺值或相應信息碼孔邊的讀數），所以每次在掉電后都必須重新輸入初始值；再一個就是該表一次表變送器防潮功能較差，某油庫共引進了4臺安裝于柴油罐上，由于柴油罐冬天加溫后內外溫度相差大，冷凝水沿儀表鋼帶槽盒下來后直接損壞變送器，導致二次表失效。此類型的儀表短暫的存在后即迅速淘汰。

　　在引進內存碼多功能液位儀后不久，光導液位儀表就出現了，比較具有代表性的是由航天部三院三部智控所研制的UBG系列光導液位儀。這種儀表從根本上解決了東升表，內存碼多功能液位儀存在的問題。UBG系列光導液位儀一次表同鋼帶浮子式液位儀一樣采用重力平衡方式，但是它的變送器采用了光導測量原理。該表的信息碼帶信息碼孔不同于多功能液位儀，每一種孔型代表一種數字編碼，并且采用多排并列，碼帶的任一位置代表唯一的液位讀數，因此不需要再輸入初始值，當儀表加電后變送器即刻讀出碼帶上的液位信息，不需要再進行別的運算。當然信息碼帶上也印有刻度值，可供肉眼讀取。該表的信息碼值是利用光電原理直接從碼帶上讀取并以數字信號方式直接傳給二次表，信息的讀取變送沒有經過任何機械類機構轉換或電流電壓轉換，碼帶同變送器間無摩擦，不同于東升表那樣復雜的傳動和碼盤編碼，因此傳取速度高，無變送誤差，信息準確，表不容易出故障。目前該表的測量精度可達2mm。從油庫應用情況來看，反映較好。

　　該種儀表應是油庫中小型油罐液位儀表的首選類型。

　　近些年開始引進了由瑞典SAAB公司生產的雷達液位儀，應用于容量較大的儲罐上。比如某油庫3萬m3儲罐采用的就是該公司生產的TANKRADARL/2型雷達液位儀。雷達液位儀采用的是非接觸式測量方法，就是利用安裝在罐頂的雷達波發射和接收傳感器，測量雷達波在液面處反射回來的頻率的變化，來計算出液位的高低。這類儀表不僅能用于烴類介質的測量，而且可用于腐蝕性介質和料位的測量應用范圍極廣。雷達液位儀具有測量精度高、安裝使用方便，使用范圍廣，便于實現計算機管理等優點，但是價格是十分昂貴的。就油庫的使用情況來看主要存在的問題是計算機管理軟件開發跟不上。

　　三、油庫液位儀表的發展趨勢

　　油庫液位儀表的發展趨勢應該緊跟國內和國際的形勢，要朝高精度、多功能、高度自動化方向發展。

　　從目前的應用情況來看，對于中小容量儲罐，UBG或UGZ系列光導液位儀表是首選，其次是HTG系列液位測量系統。而對于大容量儲罐來說雷達液位儀是首選，其次是光導液位儀表。另外值得一提的是現在很多國產儀表的生產技術在引進和消化國外先進技術后已經接近或超過國外儀表，比如國產雷達液位儀在擁有同國外產品同樣功能的基礎上，價格只有進口表的一半不到，這將給我們降低儀表采購成本，加快儲罐區儀表自動化帶來契機。