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1、矩阵涡流原理在液位测量中的应用张琳中国石化工程建设公司 北京1 0 0 1 0 1摘 要: 拒阵涡流液位仪是我国 开发和已应用成功的析型防爆液位仪。丈章简 要介绍 了 该仪表 和侧 t系 统在军内 、 外油品集、 褚、 存及摘落中的应用实况。 关 4 1 0 . 拒 阵 涡 流 役涡 流 效 应0- 气一、 概述石油是国 家的重要能旅， 石化 是我国国民 经济的重要支柱企业， 喜迎人世带来的发展机 遇， 面对相伴而来挑战和冲 击， 为了 发展、 创新、 挖潜， 石油、 石化战线开展了节能、 降耗， 精打 细算. 抓经济核算。石油、 石化系统拥有大f的大型储幼和数f萦多的中小型各类储雄， 在 油
2、、 气集 物、 储存领域里， 油谁计f. 精确计f是第一重要的。油.储油计f间题， 长期以来 一直为世界各国所关注， 也是我国 石油生产、 储运、 销售领域里期待妥善解决的课题。石油储姗标准类型基本有四种: 立峪、 卧旅、 汽车油月、 火车油雄。根据工程工艺耍求设 计选用不同形式储存设备， 储班定型交付使用时. 必须带有油姚容积表， 检定证书且均在有 效期内。关于储姗内液体石油产品计盆问 题， 归纳简化出核心问题， 是储.的液位检侧， 即采用 何种手段?哪种液位计和哪类液 位监侧系统?1 . 物位仪表发展史物位相对与其它过程参数( 沮度、 压力、 流t、 成份f等) 来说， 能靠目 视( 玻瑞
3、管、 玻璃 板、 窥镜) 或借助于简单工具( 皿尺) 就能侧to早期主要侧t原理是直视式、 浮 力式、 以及压力式， 现场指示以及报普控制为主。国际上2 0 世纪5 0 年代以 后， 开始发展利用电侧技术的各种物位侧f原理， 利用被测物 料的 某种物理特性( 介电常数、 电 导 率、 声阻率、 热导率、 辐射、 吸收等) 对某些参数的影响来 检侧物位。发展了 许多侧t方法: 如电 容法、 超声法、 报动阻尼法、 热扩散法、 徽波法、 核辐射 法等。由 于侧t过程与被侧物料特 性密切相关， 而被侧物料的 特性又各不相同。因此， 除了 浮力式仪表以 外， 物位仪表没有通用的产品。每类产品都有其适应
4、范困。侧t方法也在不 断发展之中。2 。 当 前物位侧f技术发展动向( 1 ) 超声物位计超声法侧t物位主要是利用回 声侧距原理。技术发展较成熟， 应用也积累了很多经验。 2 0 世纪9 0 年 代以来， 技术发展如下: 换能器性能进一步提高( 量程可达l o o m ) ; 对环境的耐 受力更强( 爆炸环境、 腐蚀环境);信号回 波处理功能增强， 可在复杂的回波环境中 识别有效一6 3一回波; 可靠测量物位， 能更好适应维护多种要求， 如现场总线接口 等; 以及价格下降。超声物 位计属于非接触式测量， 与其它机械接触法测量相比 ， 具有安装方便、 工作可靠、 维护量少等 优点， 故在治金、
5、矿山、 选煤、 建材、 电站等工业中料位测量及在水、 污水处理等行业也广泛应用。( 2 ) 微波物位计( 俗称雷达物位计)目 前技术基本成熟， 应用经验在不断积累中， 价格也在不断下降。在2 0 世纪9 0 年代 末， 开始在工业过程检测中 普及， 它和超声物位计相比， 价格较贵， 但对恶劣工况适应力强。微波物位计侧量原理， 也是利用回 波测距原理。只是利用的波是徽波( 电 磁波) 、 而不是 超声波( 机械波) 。发射波与反射波的时间差与物料面距天线的距离成正比 ， 可以根据它测 出物位商度。由 于微波的传播不依赖于介质， 其传播速度不受介质特性的影响， 所以在一些 有温度、 压 力、 挥发
6、的场合， 超声波物位计不能正常工作， 而徽波 物位计可以 胜任。由 于近年 来价格下降很快， 故应用也迅速普及。微波物位计主要应用领域是石化企业， 该领域里往往有高温、 压力、 沸腾等情况， 超声波 难于胜任。其它接触式方法也难以可靠工作。微波物位计提供了较好解决手段。3 . 储峨精密计t技术石化是我国国民 经济的重要支柱之一 石化系统有大t大型储峨及许多中、 小型储堵， 需要测童液位， 并且据此计算库存， 形成一个特殊需要领域。传统上用的最多的测t手段是钥带浮子液位计， 是用恒力弹焚来平衡浮子重力的自力 式 伺服型液位计， 这种原理的液位计精度最高为2 一 3 c n c n ， 不能达到库
7、存计f的精度要求 ( l m m ) 。所以当 前库存计A被认可的 仍是人工检尺。国内 用的较多的光导电子液位计. 从原理上来说是靠重锤平衡浮子重力的自 力式伺服 系统， 实质上也是浮子液位计， 虽然用光电方法读码带的精度可以很离， 但浮子服踪液位还 是靠液体变化引 起浮力变化来带动伺服系统。伺服系统存在静卑攘， 系统灵敏度不可能很 高， 其测I工不会比 浮子钥带液位计更离， 也是2 - 3 m m左右， 也不能作为计盘级液位计。第一种能达到计It级要求的 储幼液位计是2 0 世纪8 0 年代推出的用可逆马达来带动浮 子， 跟踪液面变化的伺服型浮子液位计。它用高灵敏度的检侧机构来检侧液位变化时
8、浮子 微小的浮力变化， 经过放大机构放大后驭动伺服马达， 带动浮子跟踪液位变化。 9 0 年代发 展为采用数字控制技术来控制步进伺服马达， 使侧t液位的 精度及灵敏度进一步提高。测 It液位的 精度可 达0 . 7 r n m ， 灵敏度可达0 . 1 m m 。在国外被 批准用于货物交接计且。它同时 还能侧I油、 水界面。在国内已 经应用的这类产品有: 荷兰I N R A F公司、 德国E 十 H公司、 日 本东京技装 株) 等产品。瑞典S A A B 公司雷达液位计也能达到l m m的精度， 也可用于 储端液位计盆， 其优点是f程大( 可达9 9 m ) ， 无可动部件， 非接触侧f， 对
9、原油、 沥青等粘度 较大液体也可能可命侧to美国K一 T E K公司和M T S 公司的磁致伸缩液位计也是能达到计f级精度的仪表， 其 精确度可达。 . 0 5 % F S 或0 . 5 m m ( 两者取其大者) 。仪表结构类似于磁浮子液位计。一根硬 管( K一 T E K公司 产品) 或柔性管( M T S ) 从姚顶通到底部， 带磁钢的浮子沿导管随液面上下 移动。当 每次侧fa， 电流脉冲在磁浮子位It的导管内的波导管上激发出一个应力脉冲。 沿波导管以 声速传播到顶部电子盒中的侧t部. 被转换成电 脉冲。根据应力脉冲传播时间 可以 算出 液面位里， 如果有第二个浮子， 适当 选择比 重，
10、 使其浮在油一 水界面上， 则同时侧出一6 4 一包装设计公司http:/ 水界面位I。还可根据要求， 在导杆长度方向 安里( 几个) 温度传感器， 可以 测A几点的 沮 度。这对油艘精密计f特别有利。只要有一台长A程数字ma致伸缩液位计( L D F ) , 再 加上一个精密压力变送器、 P C以 及适当 软件， 就能组成一套H I M S ( 混合式) 储雄计A系统。 它和其他方法( 如伺服型) 组成该系统相比 ， 具有成本低、 安装方使、 工作可 靠性高等优点。磁致伸编液位计。 除了浮子是可动部件外， 其它均是固态电 子组件， 可靠性高， 平均无故 库工作时间( MT B F ) 可达2
11、 3 年( 美国太空总署侧定) 。目 前最长工作长度: K一 T E K公司 产 品为2 3 m , M T S 公司产品1 8 . 2 m对f程更大的 储幼尚 不能满足。4 . 结论物位仪表市场需求较大， 而我国物位仪表工业基础较差， 不能满足要求， 形成了一个较 大市场空缺， 虽然人世了可由进口 产品 来补 充， 但价 格贵、 订货周期长等， 进品产品不能完全 补充市场空缺， 这就给我国仪表工业留 下了 相当大的 发展空间。只要能生产出性能命近国 外产品， 价格是国 外产品的一半或稍多一些、 就有相当 大的市场。( 1 ) 现有各类液位计实际应用中都达不到人工枪尺法精度的标准规范要求， 无
12、法占 领 液位计t主战场的绝对优势地位。( 2 ) 当 今， 国内 外现有液位计和变送器还不能适应我国国情及综合承受能力的需求， 包 括大A大、 中、 小型储峨和f大面广加油站、 液化气站等。要求性价比好、 物美价廉、 经济实 用、 好用、 耐用的新型液位侧f仪及监侧系统， 是石油、 石化等领城储幼液位准确侧f所急需 的。笔者是一位从事石化仪表自 控 设计的老兵， 为寻找 符合计盆规范， 适合国情的液位仪进 行了 广泛长期的调研， 终于寻找到了 矩阵涡流式液位仪及其监侧系统。这一独特的中国人 自 己 研发的成果， 已 在军内、 外及地方加油站、 油库现场油端上应用成功了。该液位仪适合 国情，
13、其性能、 价格、 安装、 使用诸方面皆比 较理想， 经国家信息化中心查询报告指出: “ 经查 检， 无与此相同原理的液位仪” ， 属填补国内 空白的新产品， 已 正式申 报了国家专利， 是值得 推广应用的好仪表。二、 矩阵涡流液位仪及监测系 统矩阵式液位侧t仪是北京怡诚机电 设备 公司 采用 独创的 矩阵沮流原理研制成功的液位 侧t仪表( 已获得国家专利) ， 它具有精度高、 性能 毯定、 造价低、 给构简单、 安 装方便、 不受介 质和沮度的影响并可进行界面侧t等特点。它既可独立使用也可与液位显示仪配合组成液 位管理系统。1 . 工作原理该仪表的月t杆内 装有多组按一 定规律排列的线圈和沮
14、度传感器。由于靠近浮子的线 .因拐流效应， 其电 感值减少， 而远离浮子的 线圈电 感值不变， 通过监洲每组线圈的电感值， 并进行比 较和计算. 即可精确侧f液位值。利用洲f杆内的沮度传感器， 可测f幼内的a 度 ， 利 用 油 品 密 度 ， 可 确 定 峨 内 液 体 质 f 。 在 侧 f 杆 底 端 安 装 水 位 浮 子 ， 可 检 侧 油 雄 底 部 水 位。2 . 仪表和监侧系统组成矩阵涡流式液位监侧系统的组成， 主要有洲t仪( 现场仪表) 和液位参数显示仪( 盘装仪 表) 两部分。一6 5 一( 1 ) 侧f仪是固定安装在被测容器中的数据采集装置， 由mt杆， 浮子， 现场显示
15、板和 数据处理板组成( 见图1 ) 0( 2 ) 液位参数显示仪用于处理并显示侧量仪采集的参 数， 放1在管理室内。1 ) 通 过内 m的R S 4 8 5 接口 和 工业总 线与 侧 f仪 联结， 距 离可达l k m o2 ) 可同时显示六个侧f仪的参数， 一般油库和加油站可 满足要求， 特殊需要的可增设显示仪。3 ) 显示的内容有每个班的液面示滋图 、 液面高度值 ( m m ) ， 存液体积( 时 、 存液沮度( ) 、 抢人密度后换算得出 质f值( T ) 以及预设的液体种类型号， 还有液面上、 下限和泄 漏的声、 光报替。4 ) 该 显示仪 上安 装 有小型打印 机， 打印 各种鑫
16、数， 以 便记录 备查。 的要求设计。目1打印格式可按用户5 ) 显示仪上设有R S 2 3 2 通讯接口 。销咨公司可利用该接口 方便地实施对各个加油站 的计算机联网管理， 随时了解各个油站各抽端的收、 发、 存动态， 并产生各种报表。3 . 液位侧f系统它是将高科技专利产品矩阵祸流液位计与工业用计算机相结合， 根据雌体的特点开发 出 高可靠性液位测frtf。该装f是实现油料收、 发、 储运的优良 设备， 是军队及地方的油 库( 站) 的新一代高精度、 高可命性、 高性能价格比 的通用装备。MA系统组成见图2 ,，示住可 匆 . 艘位 仪， 口 目晚目24 . 安装与接线( 见图3 , 图4 , 图5 )该仪表( 一次表) 可在.口 用法兰直接安装， 不必动火， 因而安装方便。( 1 ) 该仪表可在雌顶上的 透光孔、 人孔益上或.顶上安装一连接法兰( G B 9 1 1 2 ， 公称直 径 : 1 6 5 m m ， 公 称 压 力 与 仪 表 工 作 压 力 一 致 ， 法 兰
