淺析如何借鑒法蘭或螺紋液位變送器進(jìn)行液位式稱重測量精準(zhǔn)度

[摘　 要]：

　 繼上文是描述溫度測量方面的，接下來我們要論述立式儲罐稱重方法在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，以及儲罐稱重計(jì)量技術(shù)應(yīng)用的大概歷程，重點(diǎn)介紹液位式稱重方法的原理、選型、安裝和使用注意事項(xiàng)。

    　隨著微電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，計(jì)量儀表也在不斷地更新?lián)Q代，煉油、化工、造紙、釀造等行業(yè)的立式儲罐稱重方案，也由早期的浮標(biāo)式物位儀表到氣壓式儲罐稱重儀， 再到儲罐稱重模塊 的應(yīng)用，逐漸的為企業(yè)現(xiàn)代化管理的需要提供著重要數(shù)據(jù)信息。 立式儲罐中液態(tài)物料、半成品、成品貯量數(shù)據(jù)的應(yīng)用也越來越受到廣泛重視，為企業(yè)在安全、生 產(chǎn)、經(jīng)營管理決策中提供了準(zhǔn)確而快速的信息。 那么企業(yè)如何根據(jù)各自的管理需求， 選用經(jīng)濟(jì)適用的稱重方案，也是大多數(shù)企業(yè)常遇到的問題，下面本文僅對立式儲罐的稱重計(jì)量大致的發(fā)展概況和液位式稱重方法的應(yīng)用，做一個(gè)回顧和應(yīng)用的體會。

    1 立式儲罐貯量計(jì)量概況
    1）浮標(biāo)式物位計(jì)方法，通常使用的鋼帶式液位計(jì)或自制的浮標(biāo)液位計(jì)，由浮球、鋼帶和表頭三部分組成，此種方法在九十年代之前使用較多，能直觀地反映出儲罐的液態(tài)物位狀況，使用崗位根據(jù)指針或線墜掛砣位置， 再單另標(biāo)注液態(tài)物料重 量刻線。 這種計(jì)量方式已不適用于現(xiàn)代要求，特別是在溫差變化大的環(huán)境下精度差， 施工現(xiàn)場安裝麻煩，現(xiàn)已淘汰。

    2）氣壓式儲罐稱重儀，在九十年代初開始逐漸廣泛使用的方法，由鐘罩、氣壓式一次表和專用二次儀表組成。 此種方法對解決立式儲罐的稱重計(jì)量問題有了很大的改變，計(jì)量準(zhǔn)確性較高，但此種方案配置設(shè)施較多，對氣源質(zhì)量要求高，尤其是從鐘罩至一次儀表的氣路的氣密性要求很高，直接影響到稱重精度，很多使用單位就因?yàn)闅饷苄圆缓脤?dǎo)致不能正常稱重，另外二次儀表接地和防電磁干擾都要求有措施，整體計(jì)量設(shè)備維護(hù)量較大，不具備傳輸功能，目前已完全被淘汰。

    3）儲罐稱重模塊式計(jì)量方法，這種方案有多種優(yōu)點(diǎn)，稱重精度高，性能穩(wěn)定，傳輸功能強(qiáng)大，便于實(shí)現(xiàn)集散式系統(tǒng)控制，但對地基基礎(chǔ)要求高，安裝、檢 校、調(diào)試難度較大。 投入費(fèi)用較高，一套稱重模塊二萬元到十萬元不等?？傮w來講，儲罐稱重模塊式的計(jì)量方法是當(dāng)今主要的稱重方法， 有條件的企業(yè)單位采用此方案實(shí)施。

    2   法蘭或螺紋式液位稱重裝置的原理、 選型和安裝要求
    液位式稱重裝置由法蘭或螺紋式液位和通用數(shù)顯表組成， 也可由法蘭或螺紋式液位 和 PLC/DCS 控制系統(tǒng)組成，此方法具有成本低、 準(zhǔn)確性高、 便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，很適合解決中小型立式儲罐的稱重計(jì)量問題，可進(jìn)行就地/遠(yuǎn)程顯示控制，或作為企業(yè)儲罐貯量的及時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，安排生產(chǎn)、加強(qiáng)安全防護(hù)管理措施，起著很重要的作用。

    1）稱重原理。對于立式儲罐來講，在某一液位高度 h 下的貯量，如圖 1 所示，其貯量為

    W=S·h·ρ
    W———立式儲罐貯量 公斤、噸（kg、t）
    S———立式儲罐底面積 平方米 （㎡）
    h———液體高度 米 （m）
    ρ———液體密度（kg/m3）

    液位變送器是將不同密度的液體在變化的液位高度下所產(chǎn)生的靜壓進(jìn)行測量，其靜壓與液位高度成正比，即

    P=h·ρ P———液體靜壓 （Pa、kPa）帕、千帕
    h———液體高度 （m） 米
    ρ———液體密度 （kg/m3）千克/立方米

    由于液位變送器的液位高度h與輸出信號Ι成正比，所以

    h=k·Ι h———液體高度 （m） 米
    k———液位高度與電流比例系數(shù)
    其中 s、k、ρ 均為常熟，因此①式可以變換成
    W=S·k·Ι·ρ=k′·I

    即 儲 罐 的 貯 量 W 與 液 位 變 送 器 的 輸 出 成正比，因此通過液位變送器的模擬信號輸出來反映立式儲罐的貯量是可行的， 將輸出信號通過二次儀表、PLC/DCS 控制系統(tǒng)顯示為貯量就變得很方便實(shí)用。

    2）液位變送器的選型。 稱重裝置的液位變送器的選型，一般主要有量程和精度的要求。 量程可直接按立式儲罐的總高度確定， 如 4m 高度的立式儲罐，選定量程為（0~40）kPa。 精度的選定，可根據(jù)適用的原則來確定，如儲罐比較集中的罐區(qū)，僅僅是為了大致了解貯量，為防止打料入罐冒料，核實(shí)留存余量，選用 0.5 級就能滿足使用；如果企業(yè)內(nèi)部物料交接、核算使用的可選用 0.25 級；當(dāng)用于投料生產(chǎn)的小型立式儲罐（≤15t），則一定要選用 0.1 級以上，才能達(dá)到投料生產(chǎn)允許誤差的要求。

    對于敞口浮頂立式儲罐，液位變送器傳感器結(jié)構(gòu)選用插入式、單法蘭式；密閉式儲罐必須選用雙法蘭液位變送器。

    3）數(shù)字顯示控制儀表、PLC/DCS 輸入模塊的選型。通常情況下選用具有（4~20）mA 輸入、24VDC輸出功能的 0.5 級或 0.2 級 數(shù)字控制儀表，PLC 可選模擬量 I/O，電壓 24VDC 模塊。 如果現(xiàn)場是防爆環(huán)境，按其環(huán)境安全防爆等級選用相應(yīng)的或較高防爆等級儀表；也可選用具有防爆資質(zhì)廠家的帶顯示窗防爆箱，箱內(nèi)安裝數(shù)字儀表。

    4）液位變送器的安裝。 液位變送器一般適合易結(jié)晶、高粘度、易沉淀、強(qiáng)腐蝕等介質(zhì)，因此，要根據(jù)介質(zhì)的特性來確定安裝方案，安裝位置不正確會直接影響到使用效果。 安裝位置通常和罐出口管道在一水平位置，或在罐側(cè)非常低水平位置，不得高于出口管道，盡量選用插入式。 插入式傳感器可避免前方氣泡、沉淀雜物的影響，當(dāng)沉淀較嚴(yán)重可適當(dāng)調(diào)整水平位置高度；如果介質(zhì)溫度偏高或偏低則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整插入深度。

    5）液位式稱重裝置接線圖及校準(zhǔn)記錄表
    （1）裝置采用二線制連接方式，為使裝置在長距離傳輸可靠運(yùn)行，線路敷設(shè) RVVP3×1 屏蔽信號線，傳輸距離一般不超過 1km。 接線如圖 2 所示。

   （2）校準(zhǔn)裝置采用量程為（0~60）kPa、0.05 級數(shù)字壓力表，氣壓式校驗(yàn)臺，在校準(zhǔn)過程中必須保證氣壓輸出管路氣密性良好，打壓后觀察標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字壓力表無掉落數(shù)字現(xiàn)象即可。 以 2m 立式儲罐，介質(zhì)是油酸為例，校準(zhǔn)記錄見表 1：

    3 　 液位式稱重裝置使用中應(yīng)注意的問題液位式稱重裝置比較適合環(huán)境條件較差， 地基基礎(chǔ)不高的場合， 但在技術(shù)上的使用還是有一定的要求的，經(jīng)過筆者近幾年的使用，總結(jié)出以下幾點(diǎn)的體會，僅供參考使用。

    1）介質(zhì)溫度要控制好，不易過高。 對于易揮發(fā)溶劑來講，溫度盡量要低，這樣既可保證安全性，又可防止儲罐內(nèi)溶劑氣相壓力增加而使單法蘭變送器測量值偏高，否則，氣相壓力不能消除則需安裝雙法蘭進(jìn)行稱重。 對易結(jié)晶、粘度高的介質(zhì)溫度則要偏高于常溫狀態(tài)，可提高傳感器膜片對靜壓的反應(yīng)速度，增加介質(zhì)的流動性。

    2）液位變送器傳感器有平膜式和插入式，在其豎直徑向上有個(gè)高度，如果是氣壓測量，高度不受影響，而液壓測量，其線性就有一定的不確定性。 一般將剛好沒入傳感器膜片的液位設(shè)為非常低位置，此時(shí)的顯示數(shù)據(jù)為底數(shù)，與入料、放料后顯示數(shù)據(jù)的差值即為入放料的實(shí)際重量。

    3）對于易沉淀或雜質(zhì)較多的物料，在輸送管路上應(yīng)配置 U 型過濾器，將雜質(zhì)過濾掉，并定期清理過濾網(wǎng)；法蘭或螺紋式液位變送器應(yīng)盡量不貼罐底安裝，而應(yīng)讓傳感器膜片中心位置距罐底(80~100)mm。 罐底清理的同時(shí)， 法蘭或螺紋式液位則一定要保證安排半年檢定/測試一次，以務(wù)必保證測量精準(zhǔn)度和靈敏度。