油氣儲運自動化液位測量

油氣儲運自動化

液位測量1編輯ppt液位測量必要性在油氣儲運過程中，精確測定儲油大罐中的液位高度，是正確計算儲油量、確定庫存、計算輸量的重要措施。在油氣生產中，特別是在油氣集輸儲運系統中，石油、天然氣與伴生污水要在各種生產設備和罐器中分離、存儲與處理，物位的測量與控制，對于保證正常生產和設備安全是至關重要的，否則會產生重大的事故。例如油罐液位測量控制不好，會出現抽空或溢油“冒頂”事故；油氣分離器液位偏高或偏低會出現“跑油”、“竄氣”事故，嚴重影響后序設備的生產和安全；電脫水器中油水界面高了會破壞電場．低了會使放水中帶油，影響生產。2編輯ppt物位的基本概念物位——指容器中的液體介質的液位、固體的料位或顆粒物的料位和兩種不同液體介質分界面的總稱。液位——容器中的液體介質的高低料位——容器中固體或顆粒狀物質的堆積高度界位——兩種不溶液體介質的分界面的高低3編輯ppt檢測方法的分類按測量方式可以分為連續(xù)測量和定點測量。按其工作原理可分為下列幾種類型：(1)直讀式它根據流體的連通性原理來測量液位。(2)浮力式

它根據浮子高度隨液位高低而改變或液體對浸沉在液體中的浮筒（或稱沉筒）的浮力隨液位高度變化而變化的原理來測量液位。前者稱為恒浮力式，后者稱為變浮力式。(3)差壓式（靜壓式）它根據液柱或物料堆積高度變化對某點上產生的靜（差）壓力的變化的原理測量物位。(4)電氣式它根據把物位變化轉換成各種電量變化的原理來測量物位。(5)核輻射式它根據同位素射線的核輻射透過物料時，其強度隨物質層的厚度變化而變化的原理來測量液位。(6)聲學式它根據物位變化引起聲阻抗和反射距離變化來測量物位4編輯ppt直接測量法直接測量是一種最為簡單、直觀的測量方法，它是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標尺的觀察管中，通過標尺讀出液位高度。玻璃管液位計。5編輯ppt人工檢尺液位測量人工檢尺液位測量是對各種儲罐內的液體進行體積和質量測定的種基本方法。具有操作簡單、計量準確、無須輔助設備的特點，仍是目前各油田原油集輸過程中的一種主要計量方法。檢尺測量時，先對罐內液位高度進行測定，再根據罐的橫截面積或大罐容積表，計算罐內液體體積和質量。檢尺測量的工具是鋼卷尺，其下端帶有銅質重錘。為方便量油操作，在罐頂設有量油口。量油口下裝有量油管，管子底端鉆有孔眼與液體連通。設置量油管的目的是為了減小罐內液面波動對量油的影響。6編輯ppt磁翻轉液位計磁翻轉液位計結構牢固、工作可靠、顯示醒目。由于被測液體被完全密封，使用磁耦合傳動，因而可以測量高溫、高壓及不透明的粘性液體，如原油、污水等。缺點是經長期使用后，磁鋼磁性退化，翻板軸磨損易造成指示錯誤．故應定期檢查與校正。7編輯ppt浮力法浮力法測液位是依據力平衡原理，通常借助浮子一類的懸浮物，浮子做成空心剛體，使它在平衡時能夠浮于液面。當液位高度發(fā)生變化時，浮子就會跟隨液面上下移動。因此測出浮子的位移就可知液位變化量。浮子式液位計按浮子形狀不同，可分為浮子式、浮筒式等等；按機構不同可分為鋼帶式、杠桿式等。8編輯ppt鋼帶浮子式液位計直讀式鋼帶浮子式液位計，這是一種最簡單的液位計，一般只能就地顯示。9編輯ppt浮筒式液位計浮筒式液位計屬于變浮力液位計，當被測液面位置變化時，浮筒浸沒體積變化，所受浮力也變化，通過測量浮力變化確定出液位的變化量。液位高度變化與彈簧變形量成正比。彈簧變形量可用多種方法測量，既可就地指示，也可用變換器(如差動變壓器)變換成電信號進行遠傳控制。 圖中：1-浮筒；2-彈簧；3-差動變壓器。10編輯ppt靜壓式液位計依據液體重量所產生的壓力進行測量。由于液體對容器底面產生的靜壓力與液位高度成正比，因此通過測容器中液體的壓力即可測算出液位高度。

11編輯ppt多用直接測量容器底部壓力的方法。如圖所示，測壓儀表通過導壓管與容器底部相連，由測壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。

其關系為式中

P—測壓儀表指示值H—液位的高度ρ—液體的密度g—重力加速度

壓力表測量液位原理

敞口容器12編輯ppt式中P0、P+——分別是液面上部介質壓力和液面以下H深度的液體壓力。測量容器底部壓力，除與液面高度有關外，還與液面上部介質壓力有關，其關系為密閉容器13編輯ppt零點遷移（1）壓力表安裝位置與容器底部不在同一高度（2）導壓管存在液柱無遷移特征：差壓變送器的正壓室取壓口正好與容器的最低液位（Hmin=0）處于同一水平位置。作用于變送器正、負壓室的差壓ΔP與液位高度H的關系為ΔP=Hρg。當H=0時，正負壓室的差壓ΔP=0，變送器輸出信號為4mA當H=Hmax時，差壓ΔPmax=ρgHmax，變送器的輸出信號為20mA，14編輯ppt負遷移

差壓變送器的正、負壓室的壓力分別為

正、負壓室的壓差為當被測液位H=0時，ΔP=-（h2-h1）ρ2g<0，使變送器在H=0時輸出電流小于4mA；H=Hmax時，輸出電流小于20mA密封容器上層氣體為可凝結蒸汽

差壓變送器高度改變，但只要正負取壓點位置間距離(h2-h1)不變，其遷移量不變。

15編輯ppt正遷移

變送器的安裝位置與容器的最低液位（H=0）不在同一水平位置

正、負壓室的壓力分別為正、負壓室的壓差為

當被測液位H=0時，ΔP=h1ρg>0，從而使變送器在H=0時輸出電流大于4mA；H=Hmax時，輸出電流大于20mA。16編輯ppt（a）無遷移

（b）負遷移

（c）正遷移0500042020007000ΔP(Pa)-20003000I0(mA)固定差壓=2000Pa某壓力變送器的測量范圍：0~5000Pa，17編輯ppt遷移彈簧的作用

改變變送器的零點。遷移和調零

都是使變送器輸出的起始值與被測量起始點相對應，只不過零點調整量通常較小，而零點遷移量則比較大。遷移

同時改變了測量范圍的上、下限，相當于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。18編輯ppt法蘭式差壓變送器測量液位示意圖1—法蘭式測量頭；2—毛細管；3—變送器

單法蘭式

雙法蘭式

法蘭式差壓變送器按其結構形式

為了解決測量具有腐蝕性或含有結晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應使用在導壓管入口處加隔離膜盒的法蘭式差壓變送器，如下圖所示。用法蘭式差壓變送器測量液位19編輯ppt例1．如下圖所示是雙法蘭式差壓變送器測量密閉容器中有結晶液體的液位，已知被測液體的密度ρ=1200kg/m3，液位變化范圍為H為0~950mm，變送器的正、負壓法蘭中心線距離H0=1800mm，變送器毛細管硅油密度ρ1=950kg/m3，試確定變送器的量程和遷移量。根據差壓變送器的量程系列，可選16kPa的量程。差壓變送器需要進行負遷移，負遷移量為16.758kPa。解：液位的變化范圍為0~950mm時，差壓的變化量為當H=0時20編輯ppt例2：有兩種密度分別為ρ1=0.8g/cm3，ρ2=1.1g/cm3的液體置于閉口容器中，它們的界面經常發(fā)生變化。試考慮能否利用差壓變送器來連續(xù)測量其界面，若可以利用差壓變送器來測量，試問：（1）儀表的量程如何選擇；（2）遷移量是多少？

解：可以利用差壓變送器來連續(xù)測量其界面，如右圖。因ρ2密度比較高，所以用采用法蘭液面計測量ρ1、ρ2的界位。液位計毛細管內充有硅油，其密度為=0.95g/cm3。

（1）儀表的量程是指當界位由最低升到最高時，液面計上所增加的壓力。故量程為（2）當界面最低時，儀表正、負室壓的壓力ρ+、ρ-分別為

21編輯ppt所以儀表的遷移量22編輯ppt超聲波法

超聲波液位計利用波在介質中的傳播特性。因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接收器接收，測出超聲波從發(fā)射到接收的時間差，便可測出液位高低。

23編輯ppt分類

超聲波液位計按傳聲介質不同，可分為氣介式、液介式和固介式三種；按探頭的工作方式可分為自發(fā)自收的單探頭方式和收發(fā)分開的雙探頭方式。單探頭液位計使用一個換能器，由控制電路控制它分時交替作發(fā)射器與接收器。雙探頭式則使用兩個換能器分別作發(fā)射器和接收器，對于固介式，需要有兩根金屬棒或金屬管分別作發(fā)射波與接收波的傳輸管道。(a)氣介式(b)液介式(c)固介式單探頭超聲波液位計

24編輯ppt超聲波液位測量有許多優(yōu)點：與介質不接觸，無可動部件，電子元件只以聲頻振動，振幅小，儀器壽命長；超聲波傳播速度比較穩(wěn)定，光線、介質粘度、濕度、介電常數、電導率、熱導率等對檢測幾乎無影響，因此適用于有毒、腐蝕性或高粘度等特殊場合的液位測量；不僅可進行連續(xù)測量和定點測量，還能方便地提供遙測或遙控信號；能測量高速運動或有傾斜晃動的液體的液位，如置于汽車、飛機、輪船中的液位。25編輯ppt超聲波液位測量也有缺點：超聲波儀器結構復雜，價格相對昂貴；當超聲波傳播介質溫度或密度發(fā)生變化，聲速也將發(fā)生變化，對此超聲波液位計應有相應的補償措施，否則嚴重影響測量精度；有些物質對超聲波有強烈吸收作用，選用測量方法和測量儀器時要充分考慮液位測量的具體情況和條件。26編輯ppt電學法電學法按工作原理不同又可分為電阻式、電感式和電容式。用電學法測量無摩擦件和可動部件，信號轉換、傳送方便，便于遠傳，工作可靠，且輸出可轉換為統一的電信號，與電動單元組合儀表配合使甩，可方便地實現液位的自動檢測和自動控制。

27編輯ppt電阻式液位計電阻式液位計既可進行定點液位控制，也可進行連續(xù)測量。

所謂定點控制是指液位上升或下降到一定位置時引起電路的接通或斷開，引發(fā)報警器報警。電阻式液位計的原理是基于液位變化引起電極間電阻變化，由電阻變化反映液位情況。28編輯ppt

該液位計的兩根電極是由兩根材料、截面積相同的具有大電阻率的電阻棒組成，電阻棒兩端固定并與容器絕緣。整個傳感器電阻為該傳感器的材料、結構與尺寸確定后，K1、K2均為常數，電阻大小與液位高度成正比。連續(xù)測量的電阻式液位計原理圖。1-電阻棒；2-絕緣套；3-測量電橋29編輯ppt電感式液位計

電感式液位計利用電磁感應現象，液位變化引起線圈電感變化，感應電流也發(fā)生變化。

電感式液位計既可進行連續(xù)測量，也可進行液位定點控制。傳感器由不導磁管子、導磁性浮子及線圈組成。管子與被測容器相連通，管子內的導磁性浮子浮在液面上，當液面高度變化時，浮子隨著移動。線圈固定在液位上下限控制點，當浮子隨液面移動到控制位置時，引起線圈感應電勢變化，以此信號控制繼電器動作，可實現上、下液位的報警與控制。圖中：1、3-上下限線圈；2-浮子

30編輯ppt電容式液位計

電容式液位計利用液位高低變化影響電容器電容量大小的原理進行測量。電容式液位計的結構形式很多，有平極板式、同心圓柱式等等。它的適用范圍非常廣泛，對介質本身性質的要求不象其它方法那樣嚴格，對導電介質和非導電介質都能測量，此外還能測量有傾斜晃動及高速運動的容器的液位。不僅可作液位控制器。還能用于連續(xù)測量。31編輯ppt檢測原理

在液位的連續(xù)測量中，多用同心圓柱式電容器，如右圖。同心圓柱式電容器的電容量：式中：D、d——外電極內徑和內電極外徑(m)；ε——極板間介質介電常數(F/m)；

L——極板相互重疊的長度(m)。

液位變化引起等效介電常數變化，從而使電容器的電容量變化，這就是電容式液位計的檢測原理。 圖中：1-內電極；2-外電極。32編輯ppt磁電法

利用磁電轉換原理進行液位測量的磁致伸縮液位計是近年來推出的新產品。磁致伸縮液位計原理圖

33編輯ppt常用油罐液位計的性能特點及選用中間罐僅對液位、溫度和壓力（帶壓儲罐）等參數進行監(jiān)測，以防止油罐發(fā)生冒頂、抽真空等事故，并不需要交接監(jiān)控計量；對貿易罐內介質的液位、溫度、密度、體積、質量則必須經常監(jiān)測和計量，且精度要求很高。34編輯ppt幾種常見液位計性能比較35編