磁致伸縮液位計(jì)在罐區(qū)儲(chǔ)罐上的應(yīng)用

中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工有限公司吉林設(shè)計(jì)院 孫德利，王長(zhǎng)河

文章介紹了磁致伸縮液位計(jì)基本工作原理、組成及主要性能參數(shù)，結(jié)合具體的應(yīng)用案例闡述了磁致伸縮液位計(jì)特點(diǎn)，并對(duì)罐區(qū)儲(chǔ)罐液位檢測(cè)常用的各種方法進(jìn)行比較，指出了磁致伸縮液位計(jì)的優(yōu)勢(shì)。

磁致伸縮液位計(jì)；介電常數(shù)；響應(yīng)速度；高精度；低功耗；可靠性

1 概述

儲(chǔ)罐是煉油廠、油庫(kù)、戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)、化工品倉(cāng)儲(chǔ)及石化企業(yè)庫(kù)區(qū)儲(chǔ)存設(shè)備，通過(guò)對(duì)庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐介質(zhì)液位的精確測(cè)量，進(jìn)而計(jì)算介質(zhì)的體積量及質(zhì)量?jī)?chǔ)量，液位監(jiān)管系統(tǒng)是由管控系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等組成，可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐的液位監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等工作，有效地節(jié)約人力、物力、財(cái)力，從而提高客戶的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)場(chǎng)安全性。因此，在罐區(qū)儲(chǔ)罐液位測(cè)量過(guò)程中，儀表的準(zhǔn)確性、響應(yīng)速度和可靠性等參數(shù)格外重要，現(xiàn)對(duì)磁致伸縮液位計(jì)在罐區(qū)儲(chǔ)罐液位測(cè)量進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 磁致伸縮液位計(jì)基本工作原理及組成

2.1 基本工作原理

主要是利用磁致伸縮的物理特性進(jìn)行測(cè)量，不受介質(zhì)的介電常數(shù)、溫度或壓力變化的影響。如圖1所示，在非磁性傳感管的內(nèi)部有一根拉緊的磁致伸縮線1，電路單元沿磁致伸縮線發(fā)射電流脈沖2，從而在磁致伸縮線周圍產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形的磁場(chǎng)3，液位浮子內(nèi)有一組永久磁鋼4，它們本身的磁場(chǎng)使磁致伸縮線沿軸向磁化。當(dāng)電流磁場(chǎng)和磁鐵磁場(chǎng)疊加，浮子位置的磁致伸縮伸縮線將產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)扭力5，同時(shí)產(chǎn)生返回脈沖，該脈沖沿磁致伸縮線向兩端傳送，一端傳向傳感管的頂端，另一端傳向傳感管的底部。其中向頂端返回的脈沖波會(huì)被變送器電子單元所接收。由于脈沖波的傳播速度是恒定值，電子單元只需通過(guò)起始脈沖和返回脈沖的時(shí)間差就可以計(jì)算出浮子中磁鋼的位置，從而得到精確的液位。

圖1 磁致伸縮液位計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 產(chǎn)品組成

電子表頭：表頭是磁致伸縮的核心系統(tǒng)，主要由電子模塊和電路板組成，電路板與磁致伸縮傳感器相連接。磁致伸縮表頭結(jié)構(gòu)上可以分為單腔室和雙腔室兩種，表殼材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為壓鑄鋁外殼（外觀烤漆），還可根據(jù)工況需要特殊定制不銹鋼和聚碳酸酯表頭。

探桿組件：探桿組件主要包括探桿、傳感器、浮子；探桿內(nèi)裝有磁致伸縮線，與傳感器相連，探桿上串有永久磁性浮子液位計(jì)，反應(yīng)液面/界面的位置。360度全方位感應(yīng)信號(hào)設(shè)計(jì)，高信噪比，比值≥30:1，能量轉(zhuǎn)換年衰減量≤0.1%。

浮子：軍工級(jí)磁性材料，磁力線與浸沒(méi)線一致，保證指示液位真實(shí)，長(zhǎng)期使用不消磁，高強(qiáng)度磁鋼，360度環(huán)磁設(shè)計(jì)，高強(qiáng)充磁技術(shù)。

3 磁致伸縮液位計(jì)性能特點(diǎn)

? 多功能：可以單獨(dú)測(cè)量液面界面，也可以同時(shí)測(cè)量液面和界面。

? 高精度：測(cè)量精度高達(dá)±0.5mm或0.01%滿量程。

? 免維護(hù)：核心元件不與過(guò)程介質(zhì)接觸，無(wú)需定期維護(hù)。

? 免標(biāo)定：智能化設(shè)計(jì)，參數(shù)自動(dòng)存儲(chǔ)，無(wú)需實(shí)物標(biāo)定。

? 易安裝：安裝方便。

? 高安全：Ex ia IIC T4、Ex d IIC T6防爆等級(jí)和IP68防護(hù)等級(jí)。

? 易調(diào)試：模塊化結(jié)構(gòu)，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)按鍵，輕松操作，無(wú)需其它輔助設(shè)備。

? 低功耗：兩線制4～20mA帶HART輸出，24VDC回路供電，帶一體式LCD 顯示。

? 便于自動(dòng)化管理：兩線制4～20mA帶HART的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或RS-485數(shù)字信號(hào)接口，可直接接入PLC、DCS系統(tǒng)或其它計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，便于微機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。

4 磁致伸縮液位計(jì)在罐區(qū)儲(chǔ)罐中的應(yīng)用

4.1 目前關(guān)于罐區(qū)儲(chǔ)罐液位常用檢測(cè)方法的比較如表1所示。

表1

4.2 磁致伸縮液位計(jì)在罐區(qū)儲(chǔ)罐的應(yīng)用案例

（1）某化工裝置罐區(qū)液氨儲(chǔ)罐，由于液氨揮發(fā)性較大，儲(chǔ)罐測(cè)量范圍很大，具有較高測(cè)量難度，采用的是磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量，至今運(yùn)行6年，運(yùn)行一直很穩(wěn)定。

（2）2011年某成品油庫(kù)的汽油儲(chǔ)罐的液位測(cè)量是雷達(dá)液位計(jì)，投運(yùn)一段時(shí)間時(shí)發(fā)現(xiàn)汽油儲(chǔ)罐的液位測(cè)量經(jīng)常出現(xiàn)波動(dòng)，計(jì)量不準(zhǔn)確，后經(jīng)換成磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量，至今運(yùn)行5年，運(yùn)行一直很穩(wěn)定，測(cè)量數(shù)據(jù)也特別準(zhǔn)確。

（3）對(duì)于大庫(kù)區(qū)的儲(chǔ)罐，要求測(cè)量介質(zhì)的液位及罐內(nèi)介質(zhì)的多點(diǎn)溫度，僅一個(gè)磁致伸縮液位計(jì)就能實(shí)現(xiàn)多功能測(cè)量，只需在儲(chǔ)罐上開(kāi)一個(gè)口。2013年某成品油庫(kù)儲(chǔ)罐的液位及五點(diǎn)溫度測(cè)量采用的是一體式磁致伸縮液位計(jì)，至今運(yùn)行3年，運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)量精度高。

5 結(jié)束語(yǔ)

磁致伸縮液位計(jì)，大大減輕了儀表維護(hù)量，儀表精度滿足工藝測(cè)量要求；無(wú)須擔(dān)心由于儀表的原因造成儲(chǔ)罐的“冒罐”現(xiàn)象甚至?xí)斐上到y(tǒng)停車；安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作容易。隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這種儀表會(huì)越來(lái)越受到用戶的青睞，尤其在罐區(qū)儲(chǔ)罐復(fù)位測(cè)量應(yīng)用中。

[1] 張華莎. 石油化工油品儲(chǔ)罐計(jì)量與測(cè)量?jī)x表設(shè)計(jì)方案[J]. 石油化工自動(dòng)化, 2015.10.

[2] 韓鈞, 何躍華, 王惠勤. SH/T3007-2014 石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 中國(guó)石化出版社, 2015.

孫德利，吉林人，碩士，高級(jí)工程師，1995年畢業(yè)于南京化工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院電控室。

Application of Magneto Liquid Meter in Level Measurement of Tank

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