磁致伸縮液位計(jì)在罐區(qū)儲罐上的應(yīng)用

中國石油集團(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)，并對罐區(qū)儲罐液位檢測常用的各種方法進(jìn)行比較，指出了磁致伸縮液位計(jì)的優(yōu)勢。

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

儲罐是煉油廠、油庫、戰(zhàn)略儲備庫、化工品倉儲及石化企業(yè)庫區(qū)儲存設(shè)備，通過對庫區(qū)儲罐介質(zhì)液位的精確測量，進(jìn)而計(jì)算介質(zhì)的體積量及質(zhì)量儲量，液位監(jiān)管系統(tǒng)是由管控系統(tǒng)、監(jiān)測系統(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)對整個庫區(qū)儲罐的液位監(jiān)測、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)場安全性。因此，在罐區(qū)儲罐液位測量過程中，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)對磁致伸縮液位計(jì)在罐區(qū)儲罐液位測量進(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)生一個環(huán)形的磁場3，液位浮子內(nèi)有一組永久磁鋼4，它們本身的磁場使磁致伸縮線沿軸向磁化。當(dāng)電流磁場和磁鐵磁場疊加，浮子位置的磁致伸縮伸縮線將產(chǎn)生一個瞬時扭力5，同時產(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，電子單元只需通過起始脈沖和返回脈沖的時間差就可以計(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：軍工級磁性材料，磁力線與浸沒線一致，保證指示液位真實(shí)，長期使用不消磁，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)測量液面界面，也可以同時測量液面和界面。

? 高精度：測量精度高達(dá)±0.5mm或0.01%滿量程。

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

? 免標(biāo)定：智能化設(shè)計(jì)，參數(shù)自動存儲，無需實(shí)物標(biāo)定。

? 易安裝：安裝方便。

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

? 易調(diào)試：模塊化結(jié)構(gòu)，三個標(biāo)準(zhǔn)按鍵，輕松操作，無需其它輔助設(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。

? 便于自動化管理：兩線制4～20mA帶HART的標(biāo)準(zhǔn)電流信號或RS-485數(shù)字信號接口，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)對信號進(jìn)行處理。

4 磁致伸縮液位計(jì)在罐區(qū)儲罐中的應(yīng)用

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

表1

4.2 磁致伸縮液位計(jì)在罐區(qū)儲罐的應(yīng)用案例

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

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

（3）對于大庫區(qū)的儲罐，要求測量介質(zhì)的液位及罐內(nèi)介質(zhì)的多點(diǎn)溫度，僅一個磁致伸縮液位計(jì)就能實(shí)現(xiàn)多功能測量，只需在儲罐上開一個口。2013年某成品油庫儲罐的液位及五點(diǎn)溫度測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，測量精度高。

5 結(jié)束語

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量要求；無須擔(dān)心由于儀表的原因造成儲罐的“冒罐”現(xiàn)象甚至?xí)斐上到y(tǒng)停車；安裝方便、維護(hù)簡單、操作容易。隨著人們對環(huán)保意識的加強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這種儀表會越來越受到用戶的青睞，尤其在罐區(qū)儲罐復(fù)位測量應(yīng)用中。

[1] 張華莎. 石油化工油品儲罐計(jì)量與測量儀表設(shè)計(jì)方案[J]. 石油化工自動化, 2015.10.

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

孫德利，吉林人，碩士，高級工程師，1995年畢業(yè)于南京化工大學(xué)自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于中國石油集團(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

In this article, we introduce the general working principle, composition and main technical performance parameters of magneto liquid meter. Based on some specifc application cases, the characteristics of magneto liquid meter in level measurement of tank are discussed. We compare some common methods for magneto liquid meter in level measurement, and also point out the advantages of magneto liquid meter.

Magneto liquid meter; Permittivity; Responding speed; High precision; Low power consumption; Reliability