多个品种液位计的功能及应用于现场液位测量

液位测量通常是安全可靠的过程工厂运行的关键，涵盖了点和连续液位测量应用。它广泛用于各种应用，包括储罐，缓冲罐，泵井，锅炉桶，闪蒸罐，蒸馏塔回流罐和再沸器。

液位测量有多种用途，包括

溢出保护;

泵干运行保护;

锅炉汽包临界水位监测;

库存控制和保管计量。

液位测量是检测蒸汽/液体，液体/液体，蒸汽/固体甚至液/固界面之间的相分离。可靠的结果通常取决于相条件，并且某些方法在所有工艺条件下相对一致。不幸的是，水平控制的重要性并不总是受到重视。未能可靠地测量水平导致了一些较严重的工业事故，包括英国邦斯菲尔德，燃料储存库和英国石油公司（BP）德克萨斯城炼油厂。

自20世纪60年代以来，测量和传输过程水平的技术已经发生了重大变化。用于将仪器连接到过程的脉冲线在新装置上出现频率较低，并且在现有装置上被替换; 如果使用，它们在设计，安装和维护期间需要专业知识才能进行可靠的测量。

一，数据传输
传感器和变送器的开发与数据传输创新相结合，可降低安装成本，简化维护并提高工厂性能。智能变送器提供双向数字通信和诊断功能。通过高速可寻址远程传感器（HART?）协议，4-20 mA和HART数字信号通过相同的专用线路传输，提供集中功能，可配置，校准，表征和诊断设备以及报告功能。无需额外硬件即可从多参数设备捕获数据，从而提供预测性维护功能。

现场总线数字通信的发展允许使用单个电缆总线结构连接多个现场设备。这种多回路功能可以减少布线，安装时间和成本。现场总线是一种设备级网络。有几种可用的协议，较常见的是Modbus?，PROFIBUS PA和Fieldbus FOUNDATION?。

II。功能安全
功能安全涉及系统或设备的整体安全性，这取决于系统或设备响应其输入而正确运行，包括安全管理可能的操作员错误，硬件和软件故障以及环境变化。IEC 61508和IEC 61511是通用功能安全标准，涵盖电气，电子或可编程电子（E / E / PE）系统和产品的设计和整个生命周期。符合这些标准要求设计人员选择传感器和系统，这些传感器和系统在一起使用时会出现需求失败的概率，该概率落在测量/控制回路的计算安全完整性等级（SIL）的限制范围内。

在关键应用程序中，通常的做法是安装两个或多个冗余级别系统。冗余意味着没有任何单一设备故障会导致所有功能的丢失。常见原因故障可能意味着所有冗余系统可能同时发生故障。使用相同测量方法，传感器或通用监测系统的系统通常更容易受到常见原因故障的影响。

船舶液位监测和控制的常见解决方案是安装连续监测液位变送器，以控制容器内容物的流入或流出，同时配备控制器和控制阀或变速泵。在一些应用中，例如缓冲罐，允许水平在上限和下限之间浮动，并且通常将使用仅比例模式控制。如果要将电平控制在固定点，则需要使用比例和积分模式来消除稳态误差。电平通常是噪声测量，因此衍生模式通常不适合，因为它根据测量变化率进行操作。

可以从模拟电平信号导出高电平和低电平警报。然后可以通过点位开关提供额外的报警和跳闸，这些开关通过硬接线来停止泵或适当地关闭阀门。

功能安全保护（实际上所有保护级开关电路）的固有特性是故障安全设计的原则。高压和低压开关都应在发生报警或跳闸情况时开路。但是，整个系统需要深入研究，以确定潜在的危险情况，并确保校准和跳闸测试设施和程序是可以接受的。

尽管由于将过程驱动到所需条件（例如，容器中的高水平）的问题而通常难以实现水平仪器的现场测试，但是对于令人满意的操作的测试频率可能对系统可靠性具有重大影响。使用实时诊断来确保传感器和电路的完整性可以大大提高整个环路的可靠性。

III。应用注意事项
必须充分了解过程流体的物理性质变化以及在正常和异常条件下过程中可能发生的相变。某些类型的传感器性能可能受到表面条件的影响，例如由于工艺沸腾引起的起泡或湍流，填充方法，容器搅动或来自其他容器内部组件的干扰。应考虑将传感器安装在静止井或外部笼中。

应考虑测量仪器的选择和规格

湿部件与工艺流体的相容性;

工作压力和温度限制;

校准和功能测试要求;

SIL等级和认证（如适用）;

危险区域（ATEX）认证（如适用）;

入口保护（IP）等级，以适应环境条件。

IV。静水压方法
该方法可用于连续的间接液位测量，并测量由于液位和密度加上压力容器的压力，以及蒸汽空间压力。对于非加压容器，传感器测量静水压头与大气压之间的压力差。仪器可以通过法兰安装，悬挂在静止井中或杆插入型中，后者不建议用于没有额外支撑或静止井的湍流条件。温度变化会影响测量精度。

简化水平方程

h = P \ ρ
其中h是液柱高度（m），P是等效液柱水（kg / m 2）施加的压力，ρ是液体密度（kg / m 3）。

图1 图1显示了使用隔膜密封件的加压容器的典型安装，但应考虑在容器连接处提供初级隔离和校准设施（阀歧管）以便于维护。

图1.带隔膜密封的静液压液位变送器

起泡器方法（图2）测量由液位静水压头产生的背压。这是较早的连续液位测量方法之一，它仍然可以在通风容器上经常用于清洁流体，以及用于维护不可行的应用的应用，例如核废料处理厂中的工艺单元。该方法不应用于易于堵塞的工艺流体，例如结晶，聚合或沉积。该方法可用于加压容器，但低压连接需要在设计中仔细考虑，以避免过程流体的收集并确保稳定的可再现压力条件。其他方法可能更合适。
 

图2.鼓泡器安装

仪表空气或诸如氮气的其他气体鼓泡通过汲取管，该流动通常由针阀和可变面积流量计组合控制。连接到汲取管的差压变送器尽可能靠近喷嘴，检测与静水压头成比例的压力。可以通过使用压力开关代替发射器来完成点水平检测。

V.位移方法
置换器连续或点水平方法通过扭矩管或杠杆装置测量水平的变化，该扭矩管或杠杆装置检测置换器上的推力的变化。连续测量范围由置于罐内或外笼中的置换器长度决定（图3），这在嘈杂的应用中是优选的。点法使用浮子，其范围受浮臂长度的限制。在流体密度保持恒定的情况下，可以使用这种机械方法; 不存在流体粘附到置换器的风险，并且操作频率不会出现磨损问题。
 

图3.带外部保持架的位移液位变送器

这种方法的变型包括一个装有磁性浮子的管子，它可以激活整体的视觉指示和外部安装的簧片开关。点水平测量还可以采用浮子开关，其通过安装法兰或外部笼子直接安装到容器中。还存在液位开关，用于通过容器上的顶部法兰安装，并采用浮球，悬挂杆和开关杆的组合。

VI。核子液位计测量方法
核点或连续，非接触，水平方法测量放射在血管中的放射性（γ）源的信号强度（图4））。它通常与流体性质如压力和温度无关，尽管密度的变化可能导致不准确。典型测量范围为0.24-3.36米。通过在容器的对角相对侧安装核源和检测器/开关可以实现点水平测量。
    
图4.连续核子级测量

该方法已成功应用于困难的应用，如在所有温度和压力条件下测量闪蒸容器和蒸馏塔再沸器的水平，以及检测三相分离器上的液体界面。用户应注意放射源所有者需要许可证。

七。雷达液位计测量方法
雷达点或连续水平方法测量从液体表面传输和反射的脉冲的传播时间。可以抑制由罐内部构件和搅拌器产生的干扰回波，并且可以表征信号以产生液体体积。雷达天线（图5）与液体没有接触但是暴露在顶部空间条件下，流体可能覆盖天线，影响其操作。反射率要求的液体的介电常数（ε - [R ）为≥1.4（碳氢化合物1.9-4.0，有机溶剂4.0-10和导电液体> 10）。通过导向雷达调整天线和信号条件以适应过程（图6）被用于低ε - [R和湍流条件。该方法适用于要求保证精度±0.5mm的贸易交接。有多种天线可在不同的微波频率下工作，以适应不同的应用。
 

图5和图6.非接触式雷达液位测量

引导式接触雷达液位测量

八。电容式液位计测量方法
电容点或连续电平法适用于可用作电介质的液体。测量是当介电常数δε差更灵敏?液体和蒸气空间的或两种液体之间较高。特殊设计，涉及涂层和双探针，使用时δε - [R <1.0，电导率> 100μmho或克服探针积聚和容器涂层或材料是不导电的。精度取决于流体属性，因此不建议将该技术用于改变条件。

IX。超声波法
超声波点或连续液位测量（图7）基于飞行时间原理。传感器发射并检测20-200kHz范围内的超声波脉冲，这些脉冲从液体表面反射。该方法不受ε - [R ，电导率，密度或湿度，虽然发泡会出现问题。
 

图7.超声波液位计安装

该方法还受到气相条件变化的影响，包括温度变化（可以补偿），冷凝和仪器表面上的材料涂层。安装需要仔细考虑，以避免由容器边缘，焊接接头，内部组件和搅拌器产生的干扰回波，尽管可以过滤这些干扰回波。在测量范围内，光束角不得撞击在容器内壁上，并且发射器的表面必须与被检测流体的表面平行。液位计的传输时间特性决定了传感器与变送器校准的上层之间的较小允许距离。

X.称重液位计测量方法
基于应变仪或压阻式传感器的称重传感器测量过程容器的重量及其内容。可实现0.03％满量程的单个称重传感器精度，但总体性能取决于正确的安装实践，以防止由于风，相关管道和设备引起的外力。对于带有夹套，搅拌和复杂管道的容器，可能难以获得可接受的精度。当容器可以完全隔离时，如在较终的分配和填充应用中，可以实现精确称重。液位测量仅在液体密度保持恒定时才可靠。

十一。振动音叉液位计测量方法
振动音叉原理用于检测点液体和固体水平。该方法适用于大多数液体应用，一些装置可耐受材料堆积和气泡。仪器可用于各种压力和温度应用。音叉可以侧面安装在容器中或悬挂在顶部法兰上（图8）。叉子通过压电方法以其共振频率激励。振荡的频率或振幅在被过程流体覆盖时发生变化。检测到变化并转换为切换动作。
 

图8.顶部和侧面安装的音叉

十二。电导率液位计使用方法
电导点水平法（图9）要求液体电导率>0.1μmho，并经常用于公用事业和排出泵控制系统。其他应用包括溢流保护，双层油箱间隙泄漏检测和锅炉汽包水位检测。非金属容器需要额外的“参考”电极。电导率传感器为清洁过程流体提供廉价，可靠，免维护的点位检测。
 

图9.电导率水平测量
 

液位测量选择图表