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新聞資訊

超聲波液位計在集氣站污水罐液位測量中的應用

2020-04-27    

1.利用量油尺
(或木桿)直接測量存在的問題
(1)我廠集氣站分離器排液進入污水罐的污水通常會帶有泡沫,并且量油尺(或木桿)的測量準確度較低,用這種測量方式會導致極大的測量誤差,影響污水測量的準確性。
(2)現場測量時員工為近距離操作 ,污水罐內臟污介質多,容易發生中毒事故,存在著一定安全隱患;員工長期地進行污水測量,會經常性地接觸到有害物質,危害員工的健康。
(3)測量完畢后木桿或量油尺上會附著一定污水,若不注意處理會影響環境衛生,增加員工勞動強度。
2.利用頂裝式磁浮子液位計進行液位測量存在的問題
頂裝式磁浮子液位計是根據浮力原理和磁性耦合作用研制而成,由現場指示部分及其輔助裝置兩部分組成。 當被測容器中的液位升降時,浮球推動液位計本體管中的磁性浮子升降,浮子內的長久磁鋼通過磁耦合作用傳遞到磁翻柱指示器,驅動紅、白翻柱翻轉180度。 當液位上升時翻柱由白色轉變為紅色,當液位下降時翻柱由紅色轉變為白色,指示器的紅白交界處為容器內部液位的實際高度, 實現液位清晰的指示。 但在現場使用過程中仍存在著一定的問題。
(1)由于我廠集氣站污水含雜質較多 ,具有一定的腐蝕性,排液瞬間液流的沖擊力較大,并且磁浮子液位計的浮子抗腐蝕性差,浮筒易變形,在長期使用過程中,液位計會出現浮子卡死、外保護筒腐蝕脫落、浮子連桿彎曲變形等故障,導致磁浮子液位計計量失準,降低污水測量的準確性和可靠性。
(2)磁浮子液位計在長期使用過程中 ,磁鋼的性能出現不穩定現象,部分浮子的磁鋼和指示器部分小磁鋼的磁性減弱或消失,失去了磁鋼之間相互的磁耦合作用,無法帶動指示器的小磁鋼翻轉,從而產生指示器磁鋼紅白紊亂的情況,即“亂磁”現象(又稱“花屏”現象),導致磁浮子液位計無法正常工作。
(3)氣阻現象。 磁浮子液位計在正常使用過程中,由于液相中混雜許多大小不等的氣泡,這些氣泡隨液相進入磁浮子液位計的工作筒,形成一個上升的氣相段,當氣相從磁浮子周圍穿過時,由于重力作用浮子在氣相中墜落,導致浮子運動速度過快而與工作筒外的指示器失去磁連接作用,也會造成指示器的“亂磁”現象,無法監控液位。
二、污水罐液位計的優化選型
為了加強我廠集氣站污水計量管理工作,推田計量自動化建設工程,天然氣計量站針對安裝在污水罐上不同廠家制造的磁浮子液位計的現場使用情況進行了深入細致地分析,針對磁浮子液位計浮子耐腐蝕性差、浮筒易變形、信號傳輸不穩定、計量準確度低等缺陷,開展了儀表優化選型。 對磁浮子液位計、雷達液位計、超聲波液位計、差壓液位計等多種液位儀表,從結構原理、價格、準確度等級、安裝方式等方面進行優選,來解決污水測量中存在的問題。 表1為各類液位計特性對比。
通過對液位計各方面特性進行對比分析,綜合考慮了氣田污水具有腐蝕性強、雜質多、瞬間排液沖擊力大等特點,我廠選用了超聲波液位計,于2007~2008年,先后在中2站等9座集氣站安裝了14臺一體化超聲波液位計進行污水罐液位測量。 截至目前,大部分超聲波液位計運行狀況穩定可靠、計量準確,不僅能夠便利地現場顯示污水罐的真實液位,還能夠及時準確地將現場液位信號傳輸至計算機進行數據監控,取得了不錯的應用效果。
三、超聲波液位計在集氣站污水罐液位測量中的應用
1.超聲波液位計的工作原理
我廠目前在用的液位計是一體化超聲波防爆液位計,它安裝在污水罐上方,在微處理器的控制下,超聲波換能器(探頭)向被測液面發射一束高頻脈沖聲波,超聲波穿過空氣介質,遇到被測液面后被反射回來,部分反射波再由超聲波換能器所接受,將其轉換成電信號。 從超聲波發射到重新被接收,這段時間與超聲波換能器到被測液面的距離是成正比的,若空氣介質的壓力、密度、溫度、濕度等條件一定,那么超聲波在該介質中的傳播速度就是一個常數,這樣通過測量聲波的傳播時間就可以計算出超聲波換能器與被測液面之間的距離s:
式中:c———超聲波在空氣中傳播的速度。
又因為整個容器的深度H是固定的, 這樣利用減法計算就可以直接得出被測液位值。 被測液位:h=H-s
2.超聲波液位計的特點
(1)安全清潔抗腐蝕
超聲波液位計是一種非接觸式儀表,主要依靠超聲波換能器進行工作,不與液體直接接觸,不受光線、粉塵等外界條件的影響,可應用在易燃易爆及腐蝕性場所,適用于集氣站污水罐區的環境條件。 儀表本身具有多種防護措施,防護等級達到IP65;所有輸出、輸入線路均具有防雷、防短路保護功能。
(2)準確度較高,可實現計算機遠傳監控
超聲波液位計儀表屬于本安型儀表, 量程可實現自主調節,只需24V直流供電,準確度可達0.5%,測距分辨力為1mm,支持(4~20)mA的模擬輸出及RS485數字輸出,自帶LCD顯示屏,可顯示液位、空間距離、介質溫度等多種參數,既可以就地顯示,又能實現液位數據的遠傳監控跟蹤,簡化了現場工藝,方便了實際生產。
(3)故障率較低,儀表日常維護工作量小
一體化超聲波液位計結構緊湊、附件少,故障率低,不會出現原有磁浮子液位計浮子卡死、連桿彎曲、亂磁等導致計量失準的現象, 并且維護操作簡單方便,大大減少了日常維護工作量,降低了現場員工的勞動強度,確保了集氣站的安全生產。
(4)易安裝且改造方便
超聲波液位計安裝、改造方便,只需加工污水罐法蘭上蓋,用螺栓固定即可,減少了員工工作量,提高了使用過程中的安全系數,減少生產過程中的安全隱患。超聲波液位計的安裝使用,提高了污水液位測量的準確性、穩定性和可靠性,具有獨特的優勢和鮮明的特點,取得了良好的應用效果。
四、超聲波液位計在使用中存在的問題及數據分析
目前,我廠中2站、北1站、南23站等9座集氣站共安裝了14臺超聲波液位計,經過一年來的使用,大部分超聲波液位計均能正常運行,但部分液位計在使用過程中出現了一些問題, 主要表現在液位計無顯示、數據跳動、數據出現誤差等三個方面。
1.液位計無顯示
出現這種情況主要是因為超聲波液位計無24V供電或電源功率不夠,使液位計無法正常工作,解決辦法是檢查及整改供電線路和電源,使其能夠對液位計正常供電。
2.液位計數據跳動
有多種原因會導致超聲波液位計數據跳動。
(1)超聲波液位計附近有大功率的電器工作。 大功率電器(如離心泵等設備)不斷地工作會對安裝在附近的液位計產生干擾,解決方法是安裝分體式超聲波液位計,讓儀表遠離干擾源。
(2)安裝超聲波換能器(探頭)部分的盲板出現磁場干擾。強磁場會影響超聲波換能器正常工作,使液位計數據出現跳動,解決辦法是采取措施消除磁場干擾或是安裝液位計時使其遠離磁場。
(3)供電電壓不穩 。 電路方面的原因也能導致儀表顯示異常, 這就需要檢查線路,排除電路方面帶來的影響。
3.液位計數據出現誤差
我廠集氣站環境條件復雜,晝夜溫差較大,介質條件的不斷變化導致聲速發生變化,從而使液位數據出現誤差。 針對這種情況,我們要定期測量真實液位進行比對,分析介質的變化情況,出現差異時及時調整參數,減小數據誤差。 另外,污水罐內不斷的進液會導致液面產生波動或產生泡沫,也會使液位數據產生誤差,但這種情況下誤差不會太大。
通過表2可以看出, 超聲波液位計的平均誤差為+5.3mm,大誤差為+21.8mm,小誤差為-6.89mm。產生誤差的原因主要有三點:一是液面有波動;二是液面上有大量的泡沫; 三是測量時人為讀數存在一定誤差。
綜上所述, 超聲波液位計出現故障的主要原因都是由工況條件引起的, 需要繼續在優化選型和安裝環節上狠下工夫, 盡量排除影響液位計正常工作的干擾因素,根據實際的生產條件,精心選擇液位計的安裝部位和安裝方式,確保集氣站準確計量、平穩生產。
超聲波液位計基本解決了集氣站污水計量的難題,提高了污水計量的準確度和穩定度,也降低了現場操作員工的勞動強度和安全風險, 提高了我廠自動化管理水平。 但同時,也要正視超聲波液位計在使用和管理中出現的問題,繼續開展應用試驗,及時排除使用中的故障和干擾因素,根據實際生產條件,從經濟實用性、穩定可靠性、使用便利性出發,優選出適合我廠條件的、穩定性高的液位計投入生產,從根本上減少液位計現場維護工作, 提高計量的準確性和可靠性,確保全廠生產安全平穩。
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