一、本文概述
天然氣作為清潔無(wú)污染且高效的燃料，在國民生產(chǎn)的能源占比中越來(lái)越重要，加之國內天然氣氣源開(kāi)發(fā)力度持續加大，對于天然氣采集，輸送、處理的工程中測量要求也提出更高的標準，實(shí)際應用的需求是促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步*強有力的推動(dòng)力，這種對于測量技術(shù)與標準的要求，同時(shí)也帶動(dòng)了液位測量?jì)x表，流量測量?jì)x表，自動(dòng)化控制設備的技術(shù)革新與進(jìn)步，可以明顯地感覺(jué)到，諸如天然氣集輸及處理工程中，天然氣集氣處理站、凈化廠(chǎng)內工藝設備所用的液位測量?jì)x表選型，種類(lèi)也越來(lái)越多樣化，測量設備的性能也在提高。
液位儀表的檢測對象復雜、測量范圍變化大，需要考慮測量工況、儀表精度、介質(zhì)物性、用戶(hù)的要求和習慣、性能價(jià)格比等因素。天然氣設備及裝置具有高壓、腐蝕性強、易燃易爆等特點(diǎn)，對于這種情況，重點(diǎn)應考慮液位儀表的測量范圍、介質(zhì)的腐蝕性、儀表的穩定性、儀表的維護量等問(wèn)題。本文就以延長(cháng)氣山天然氣地面集輸工程的設計為例，就防霜磁翻板液位計、磁致伸縮液位計和雙法蘭液位變送器的設計和選型應用做簡(jiǎn)要分析。
二、防霜磁翻板液位計
防霜磁翻板液位計是旁通管道式液體測量原理，由磁翻板和浮子兩部分組成。與容器相連的測量管(用非導磁的金屬制成)內裝帶磁鋼的浮子，翻板指不標尺貼著(zhù)測量管壁安裝。當液位上升或下降時(shí)，浮子也隨之升降，標尺中的翻板受到浮子內磁鋼的吸引而翻轉，從而指不出液位的高度121。
防霜磁翻板液位計作為浮力式液位計，主要技術(shù)性能和參數如下:
1)測量范圍:soo一6000mm,
2)精度:1lOmm(就地顯示)。
3)翻板指不刻度直觀(guān)醒目。
4)翻板指不與介質(zhì)充分隔離，密封性好。
5)可以配備報警開(kāi)關(guān)和信號遠傳裝置，前者做高低報警用，后者可將液位轉換成4-20mA電流信號送到接收儀表。
三、磁致伸縮液位計
磁致伸縮液位計的測量過(guò)程由電流脈沖來(lái)啟動(dòng)。該電流脈沖沿著(zhù)磁致伸縮線(xiàn)產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)，磁致伸縮線(xiàn)由具有磁致伸縮特性材料制成，它在測量管內始終處于工作狀態(tài)。測量管外在液體表面的浮子中裝有永久磁鐵。當電子脈沖發(fā)生器產(chǎn)生導波脈沖沿著(zhù)磁致伸縮線(xiàn)與浮子中永久磁鐵磁場(chǎng)相互作用時(shí)，產(chǎn)生瞬時(shí)扭曲波力。扭曲波力在磁致伸縮線(xiàn)中受到感應，在頂端處的變換器將此轉換成電流(4-20mA)信號。通過(guò)測量經(jīng)過(guò)的時(shí)間，可測定扭曲波力的始點(diǎn)，由此可精確測定浮子的位置。
磁致伸縮液位計作為一種新興的測量?jì)x表，主要技術(shù)性能和參數如下:
1)測量范圍:對剛性測量管，不大于6m;對柔性測量管，范圍在3.5-20m之間。
2)精度高。分辨率高于0.01%，*小lmm,
3)無(wú)需實(shí)標和重新校驗，只需按按鈕或者使用HART協(xié)議。
4)無(wú)機械可動(dòng)部分，故無(wú)摩擦、無(wú)磨損，使用壽命長(cháng)。
5)安裝簡(jiǎn)單，易于維護。
6)可輸出4-20mA模擬量或數字量等遠傳信號，帶HART協(xié)議或RS-485通信接口。7)可現場(chǎng)替換差壓式，電容式，超聲波式，雷達式，外浮筒式，鋼帶或鋼帶伺服式等液位變送器。
四、雙法蘭液位變送器
雙法蘭液位變送器屬于差壓式液位計，變送器傳送4-20mA標準信號(帶HART)，24V直流供電。將液位變送器的正壓室與容器下部相連，將負壓室與容器的氣相空間相連，以平衡氣相壓力的靜壓作用。變送器法蘭直接與容器上法蘭連接，測量元件(金屬膜盒)經(jīng)毛細管與變送器的測量室相通。在膜盒、毛細管和測量室內充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，并使被測介質(zhì)不進(jìn)入毛細管與變送器，以免堵塞lal。如圖1所}o
根據流體力學(xué)的原理，測得差壓:4P=P2-P1=pHgH=4P/pg
式中:4P-測得差壓，P-介質(zhì)密度，H-液位高度。
被測介質(zhì)的密度已知，由上式可知，壓差與液位高度成正比，這樣就把測量液位高度轉換為測量差壓。
圖1雙法蘭液位變送器測量原理示意
雙法蘭液位變送器作為一種傳統的液位測量?jì)x表，主要技術(shù)性能和參數如下:
1)精度:常規為調校量程的0.1%，可達0.05%,
2)結構簡(jiǎn)單，精度較高。
3)調試簡(jiǎn)單，穩定性好。
4)通過(guò)毛細管里的硅油進(jìn)行隔離，適用于測量腐蝕或粘稠介質(zhì)。
五、液位計的對比分析
4.1防霜磁翻板液位計和磁致伸縮液位計
兩種液位計都是利用物體在液體中的浮力來(lái)實(shí)現液位測量。
防霜磁翻板液位計與變浮力(浮筒)液位計、靜壓法(差壓)液位計、電特性(電容、射頻導納)液位計相比，不受介質(zhì)特性改變影響，可準確指不液體表面位置;但不能克服“虛假”液位的影響。與其它類(lèi)型(雷達、射線(xiàn))液位計相比有*大的價(jià)格優(yōu)勢;但耐用性較差。與直接指不類(lèi)(玻璃管、雙色)液位計相比具有指不清晰的特點(diǎn);但容易產(chǎn)生失磁使指不失效。
磁致伸縮液位計與傳統定浮力液位計所用的十簧管列陣轉換相比，具有元件數量少，故障低，維修簡(jiǎn)單，轉換連續性好的特點(diǎn);但價(jià)格高。
4.2磁致伸縮液位計和雙法蘭液位變送器
1)原理比較
磁致伸縮液位計屬純電子產(chǎn)品原理?；静浑S壓力、組分及比重等變化而受影響，故非常準確且穩定。
雙法蘭液位變送器為差壓原理，默認被測介質(zhì)比重不變。
2)結構比較
磁致伸縮液位計無(wú)機械傳動(dòng)部件，主要替換部件為電子模塊，可靠性高。
雙法蘭液位變送器常規產(chǎn)品結構簡(jiǎn)單，無(wú)任何可動(dòng)或彈性元件，可靠性高。若配引壓管或毛細管，需要一定的維護。
3)調試標定
磁致伸縮液位計無(wú)需現場(chǎng)實(shí)物標定，通過(guò)電子模塊上的按鍵可以實(shí)現，無(wú)需定期標定。
雙法蘭液位變送器調試相對簡(jiǎn)易，可在液位檢測范圍內任意進(jìn)行零點(diǎn)或量程的改變。但存在零位漂移現象，需定期標定。
4)應用比較
磁致伸縮液位計基木不受比重的影響。在*小比重確定的情況下，可長(cháng)期保持穩定精確的測量。但容易受靜電放電、射頻電磁場(chǎng)輻射、電涌沖擊和工頻磁場(chǎng)等的影響。
雙法蘭液位變送器適用面廣泛，可用于高溫高壓、iw粘度、強腐蝕性的工況，但受比重變化影響大。
5)經(jīng)濟性分析
磁致伸縮液位計一次性采購成木較高，但無(wú)需實(shí)物標定和定期標定，其調試成木較低;無(wú)機械可動(dòng)部件，維護成木低。
雙法蘭液位變送器一次性采購成木較低，適用于常規場(chǎng)合，但開(kāi)車(chē)運行備件多，后期運行也需要備件。
六、液位計的選擇和應用
5.1設計時(shí)的注意事項
1)防霜磁翻板液位計和磁致伸縮液位計
a.當液位計處于十擾強的磁場(chǎng)環(huán)境下時(shí)，浮子受的磁場(chǎng)力會(huì )疊加而導致消磁。所以，儀表安裝應遠離強磁場(chǎng)環(huán)境。同時(shí)，液位計傳輸信號電纜應遠離電壓等級高的電力電纜，并保證信號線(xiàn)屏蔽層接地良好，液位計木身也需要做好接地。
b.在電涌沖擊等十擾性的場(chǎng)合，可在現場(chǎng)儀表一端加裝電涌保護器或防雷端子板。
c.當用于測量界面時(shí)，兩種介質(zhì)的密度應恒定，且相對密度差不應小于0.2,
d.防霜磁翻板液位計適用于精度要求不高的設備就地液位測量。
2)雙法蘭液位變送器
雙法蘭液位變送器在生產(chǎn)的時(shí)候經(jīng)常需要進(jìn)行特殊環(huán)境的工藝處理，并要求耐高溫、耐腐蝕以及高過(guò)載承受能力，所以在選型的時(shí)候一定要明確適用范圍。
a、對于有腐蝕性的介質(zhì)，要注意變送器檢測元件的材質(zhì)選擇，可選擇316不銹鋼、哈氏合金或鎳基合金等。
b、壇粘稠性液體、結屏，性液體、結膠性液體、沉淀性液體、含懸浮物液體及易凝固液體的液位測量，宜選用插入式法蘭液位變送器。
c、當用于測量界面時(shí)，兩種介質(zhì)的密度應恒定，且相對密度差不應小于0.1。另外，上部介質(zhì)的上液面應始終高于上部取壓口。
d、對于在環(huán)境溫度下，液相可能汽化、氣相可能冷凝或氣相有液體分離的工藝介質(zhì)，應根據具體情況分別設置隔離器、分離器、汽化器、平衡容器等部件或對測量管線(xiàn)伴熱、絕熱保溫。
e、由于密度變化直接影響到測量結果，所以適用于密度比較穩定的過(guò)程。
5.2液位計的選擇和應用
延長(cháng)氣山天然氣地面集輸工程為產(chǎn)能建設項目，井口采氣輸送至集氣站，在集氣站實(shí)現氣液分離、天然氣計量并外輸至凈化廠(chǎng)，于凈化廠(chǎng)對濕原料氣進(jìn)行MDEA脫碳、三甘醇脫水處理后得到十凈化氣，達到二類(lèi)氣標準后進(jìn)入長(cháng)輸管線(xiàn)進(jìn)行輸送。
集氣站內設備主要有分水包、甲醇儲罐、火炬分液罐、生產(chǎn)分離器和污水罐等，介質(zhì)成分主要是天然氣和污水混合物，或者含甲醇污水，介質(zhì)溫度均不高于500C，壓力*高6.3MPa，且介質(zhì)無(wú)腐蝕性;凈化廠(chǎng)內設備主要有原料氣分離器、聚結過(guò)濾器、MDEA吸收塔、MDEA溶液儲罐、儀表風(fēng)儲罐、火炬分液罐、消防水罐等，介質(zhì)成分主要是含油污水、MDEA溶液、天然氣凝液、輕烴、酸水等，介質(zhì)溫度均不高于1000C，壓力*高6.3MPa，個(gè)別介質(zhì)有較輕的腐蝕性。
根據以上介質(zhì)的條件，以及工藝檢測和控制的要求，液位計分別選擇如下:
1)對集氣站內的分水包、甲醇儲罐、火炬分液罐等設備，介質(zhì)溫度不高，壓力較低，無(wú)腐蝕性，工藝要求液位進(jìn)行就地顯不。根據延長(cháng)一期的應用經(jīng)驗和業(yè)主要求，選擇玻璃板液位計作為液位就地指不儀表。玻璃板液位計為直接式液位測量?jì)x表，現場(chǎng)觀(guān)察方便。應用實(shí)踐證明，在潔凈介質(zhì)的液位測量上效果較好，且價(jià)格較低，得到了用戶(hù)的認可。
2)對集氣站內的生產(chǎn)分離器和污水罐等設備，介質(zhì)溫度都在30℃以下，壓力*高6.3MPa，工藝要求液位就地顯不，并將信號遠傳至控制系統進(jìn)行監測和控制，選擇磁致伸縮液位計進(jìn)行檢測遠傳，配套磁翻板進(jìn)行就地指不。就地和遠傳儀表合二為一，既滿(mǎn)足了工藝要求，又降低了投資。且磁致伸縮液位計精度高，滿(mǎn)足控制的要求。磁致伸縮液位計安裝完成，進(jìn)行調試后，維護工作量較小。且操作人員不直接接觸設備，減少了操作人員和危險介質(zhì)接觸的機會(huì )，綜合費用低，性?xún)r(jià)比高。
3)對凈化廠(chǎng)內的設備，因設備種類(lèi)較多，介質(zhì)密度相對穩定，液位高度差別較大，以及安裝形式的不同，選擇防霜磁翻板液位計作為液位就地指不儀表，選擇雙法蘭液位變送器作為液位檢測遠傳儀表。對于個(gè)別有輕微腐蝕性的介質(zhì)，接液材質(zhì)選擇316或316L不銹鋼。防霜磁翻板液位計雖然精度不高，但結構簡(jiǎn)單，用作就地指不型液位儀表，觀(guān)察方便，維護工作量少。雙法蘭液位變送器結構簡(jiǎn)單，適用范圍廣泛，安裝和運輸都比較方便，且精度較高，滿(mǎn)足檢測和控制的要求。凈化廠(chǎng)大多數液位計盡量考慮同一種類(lèi)型，有助于儀表的后期標定和維護。
七、結束語(yǔ)
綜上所述，液位計發(fā)展到**雖然已經(jīng)日趨成熟，但每種液位計都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和不同的適用范圍。設計選型時(shí)，要根據不同的工況，從儀表的測量范圍、穩定性、介質(zhì)腐蝕性、維護量以及經(jīng)濟成木等多角度分析，同時(shí)，要考慮到用戶(hù)的要求和使用習慣，選擇合適的液位儀表，從而提高設計質(zhì)量和測量精度。相信隨著(zhù)科技的發(fā)展和經(jīng)驗的積累，各種液位測量技術(shù)將會(huì )越來(lái)越成熟。