关于移动式雷达液位计的设计与研制解析

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作时间：2019-10-25 15:45:36 来源：作者：

摘要：在油页岩低温干馏生产中，瓦斯组成检测要求越来越高，由于其油、水、尘三相混合，其分离效果直接影响较终结果，现有的采样分析方法，从采样完成到分析需要延迟几个小时，误差较大。可以将采样要求整合在一台移动式采样、分析一体的设备上，实现现场采样，现场分析，减少误差。将分析所需的设备整合，小型化，并具有高效的人机性能，用以满足现代低温干馏的生产要求。

1 瓦斯采样要求

1.1 采样具有代表性

瓦斯采样所在管道必须是直管段，较好是竖直管段，采样点前后各有3倍管道直径的距离。采样前需要根据瓦斯的流速判断流动状态是层流还是湍流。管道内为湍流状态，即瓦斯在管道内横截面上的任意一点是混合均匀的，这样只要采样管探入管道内部即可。管道内为层流状态，需要判断瓦斯含油量分布场，假定将管道断面划分成许多面积相等的圆环区段，在不同直径截面上分别取样，所得结果进行积分拟合。

1.2 采样具有准确性

采样管探头透过管壁，垂直于管道，气体入口处，需要垂直于管道内气体流通的方向。采样要求从采样口出来的气体流速和管道内流速相等，即等速采样（或称为等动能采样）。在非等速采样时，粉尘和液滴由于自身的质量，带有惯性，不能适应气流流向的改变。当采样速度大于管道内瓦斯流速时，处于采样嘴边缘的大粒径的液滴和粉尘，原本按照流向会进入管内的，会跑到采样管之外，使结果偏小。当采样速度小于管道内瓦斯流速时，情况相反，使结果偏大。

等速采样法的具体实施过程：(1)已知管道内瓦斯流量、管径，计算出管道内流体流速U,在取样开始时，启动抽气泵，调节阀门，将转子流量计的流速调整到与U相等即可。(2)在采样前，利用电子测速仪，向瓦斯管道内插入电子测速管，进行流速检测，得到流速U之后，换下测速管，在进行雷达液位计调节。(3)将电子测速管和雷达液位计检测嘴合成为一个管口，将测速管的功能合成到雷达液位计中，能够实时进行测速，连锁调节阀，但是这样做会提高成本，在稳定工况下，作用不大。

2 雷达液位计主要功能设计

2.1 高温除尘模块设计

采取制作高温度场通道方式实现。干馏瓦斯中含油、含水蒸汽、含粉尘，三者混合在一起，而粉尘的密度和直径都很小，一般旋风分离器难以除去，在雷达液位计中实现电场捕集粉尘，难度很大，比较好的方法是过滤。由于页岩油在低温下凝结析出，很容易会堵塞管道和过滤材料，所以过滤过程必须在较高温度下进行，这就要求采用技术难度较高的高温瓦斯过滤工艺，目前能够找到的材料是耐高温纤维、烧结金属、或耐高温蜂窝陶瓷材料作为过滤介质，为防止油页岩凝结堵塞过滤材料，所以高温过滤的温度一般控制在400℃～600℃较为合适。雷达液位计的加热适合采用电加热的方式。取样口处设计高温伴功能，连接到第一个模块就是高温除尘模块。为了获得粉尘的重量，需要在实验前对过滤介质进行称量，实验后降温到室温，再次进行称量，得到重量差为粉尘质量。

2.2 高效收油、油水分离模块设计

采用制作一体化收集瓶方式实现。采取一种冷凝器与收集瓶一体化设计。将结构拆分为内管和外夹套，内管与收集瓶上端接口连接为一整体，外夹套可以脱离装卸，外夹套中通入循环冷却水。这样全部的油品和水都留在一体化收集瓶中，通过称量整个瓶的重量差，得出瓦斯中水和油的总质量。

瓶中油水分层明显，采用分液漏斗方式，可以达到分离要求。收集瓶底部形态和功能仿造分液漏斗，水在底层，@@@通过手动控制底部排放阀，将油与水分开，对水进行称量，得出冷凝水的质量，再通过油水总质量减去水的质量，得到油品质量。

2.3 不堵塞计量模块

采用双管并联方式实现。采用并联方式，抽气泵入口设一个总管，总管分出两个支线，一条瓦斯管线，一条空气管线这条空气管线直径和瓦斯气管线直径相等。在进行采样过程中，通过调节阀控制空气管线压力和瓦斯管线压力相同。通过并联管路管线可知，此时测量的空气流量与瓦斯流量相等。瓦斯管线上的转子流量计的功能是用来调节等速采样。

2.4 不残留自清洁模块

采用热风冲洗方式实现。设备选型时，抽气泵为正负压两用型，设有正压管线从泵出口引出，连接到雷达液位计入口处。启动雷达液位计高温模块，停止冷凝模块循环水，打开放散阀门，使高温空气行走整个流程，将管路彻底加热，用热风把残留物质排出带走。

2.5 称量和供电模块

采用亚克力隔离式外壳的电子台称，精度0.01g，量程2000g。雷达液位计底座上设有称量位，可以对除尘模块和收集的油水进行精确称重，实验开始前、结束后，都需要对粉尘模块、油水模块进行称重，得到实验数据。设有电源和控制总成，设有220V外接电源和24V电压电锂电池电源，满电后可以续航5h。到此功能设计基本,完成总图如图1。

3 结语

油页岩气体热载体低温干馏工艺的方式，决定了其干馏瓦斯的复杂性，炉出口瓦斯采样分析的结果用来判断后续回收系统是否达到设计要求，其精确度要求很高，但目前的检测方法得到的数据准确度不高，急需进行改良升级，移动式雷达液位计的研制和开发满足了现代工业发展的要求。

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