王杰亮

（連云港石化有限公司，江蘇 連云港 222000）

在石油化工裝置中，流體介質(zhì)可以大致分為高溫、中溫、低溫、深冷（超低溫）等4個(gè)溫度范圍，其中深冷一般指工作溫度低于-100℃的流體介質(zhì)。本文將結(jié)合筆者所在乙烯裝置深冷工況的塔、罐等容器的幾種液位測(cè)量方式選型及安裝方式進(jìn)行介紹并討論，并就在裝置實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中由于安裝方式問(wèn)題導(dǎo)致液位測(cè)量指示失真進(jìn)行分析并技術(shù)改造，以解決深冷工況容器液位測(cè)量不正常的問(wèn)題。

1 深冷介質(zhì)容器液位儀表選型及安裝方式

1.1 浮筒液位變送器

對(duì)于測(cè)量范圍在2000mm或以內(nèi)，比密度為0.5～1.5的液位連續(xù)測(cè)量或位式測(cè)量，比密度差為0.2或以上的界面連續(xù)測(cè)量或位式測(cè)量，宜選用浮筒液位計(jì)或開(kāi)關(guān)。浮筒液位變送器屬于變浮力式液位計(jì)，浮筒變送器由智能液位控制器和浮筒測(cè)量室、測(cè)量機(jī)構(gòu)、浮筒、扭力管等組成，浮筒浸沒(méi)在測(cè)量室內(nèi)的液體中，與扭力管系統(tǒng)剛性連接。扭力管系統(tǒng)承受的力是浮筒自重減去浮筒所受的液體浮力的凈值，在這種合力作用下的扭力管扭轉(zhuǎn)一定角度。被測(cè)液體的位置、密度或界位高低的變化引起浮筒位置的變化，該變化被傳遞到扭力管組件，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。扭力管的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到智能液位控制器杠桿組件上，使固定在杠桿組件上的磁鐵發(fā)生位移，改變了由霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)的磁場(chǎng)。該傳感器將磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。智能液位控制器采用微控制器與相關(guān)的電子線路測(cè)量過(guò)程變量，提供電流輸出并提供4mA～20mA電流輸出信號(hào)，以達(dá)到液位測(cè)量的目的。

圖1 某品牌浮筒液位變送器外觀及結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Appearance and structural schematic diagram of a certain brand of float level transmitter

表1 浮筒變送器測(cè)量室材質(zhì)允許使用的過(guò)程溫度Table 1 Allowable process temperatures for the material of the measurement chamber of the float transmitter

浮筒液位變送器測(cè)量介質(zhì)溫度的適用范圍可達(dá)-198℃～+400℃，在選型過(guò)程中要根據(jù)測(cè)量介質(zhì)的設(shè)計(jì)問(wèn)題選用測(cè)量室材質(zhì)。

如上所述，石油化工裝置深冷工況的塔、罐等容器工藝介質(zhì)若滿足上述條件，一般情況下優(yōu)選浮筒液位變送器。

浮筒液位變送器的安裝注意事項(xiàng)：

圖2 裝置現(xiàn)場(chǎng)深冷工況浮筒變送器安裝效果圖Fig.2 Installation effect diagram of float transmitter under deep cold working conditions on site

1）浮筒液位變送器安裝后，浮筒應(yīng)上、下活動(dòng)靈活，無(wú)卡澀現(xiàn)象。

2）石油化工裝置多為側(cè)-側(cè)型法蘭連接方式，工藝容器上焊接的法蘭短管，其上、下法蘭之間的中心間距，法蘭連接螺栓孔的方位必須與浮筒外殼法蘭一致，上、下兩法蘭密封面必須處于同一垂直平面，且法蘭的中心處在同一垂直線上。

3）外浮筒式液位變送器的浮筒頂部應(yīng)設(shè)1/2"螺帽或絲堵，以備現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)用，其底部應(yīng)設(shè)排水閥短節(jié)。

4）浮筒液位變送器所用閥門(mén)必須經(jīng)試壓、檢漏合格后方可適用。

5）低溫介質(zhì)的放凈閥門(mén)應(yīng)為低溫長(zhǎng)頸閥。

6）低溫介質(zhì)的放凈閥閥體材質(zhì)應(yīng)首選316SS，閥芯材質(zhì)316SS/FHF。

1.2 差壓液位變送器

對(duì)于測(cè)量范圍超出2000mm或比密度差過(guò)小等無(wú)法選用浮筒液位變送器時(shí)，一般多選用差壓液位變送器。差壓液位變送器是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。差壓液位變送器是石油、化工和石化生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用十分關(guān)鍵的液位測(cè)量?jī)x表，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確度高、線性，便于安裝與維護(hù)，易于組合成控制系統(tǒng)，用于連續(xù)或間歇生產(chǎn)的塔、罐、槽等容器的液位的連續(xù)測(cè)量和界位測(cè)量。差壓變送器分為普通差壓變送器、單法蘭差壓變送器、雙法蘭差壓變送器等，由于單法蘭差壓變送器和雙法蘭差壓變送器測(cè)量部件（即膜盒）是直接與測(cè)量接觸，而法蘭式差壓變送器膜盒內(nèi)是根據(jù)測(cè)量介質(zhì)的不同溫度進(jìn)行填充液的填充，見(jiàn)表2。

圖3 某品牌普通差壓變送器外觀示意圖Fig.3 Appearance diagram of a certain brand of ordinary Differential pressure transmitter

表2 某品牌法蘭式差壓變送器密封填充液參數(shù)Fig.2 Sealing and filling fluid parameters of a certain brand of flange differential pressure transmitter

通過(guò)表2填充液溫度范圍可知，法蘭式差壓變送器膜盒填充最低耐溫為-105℃，因此深冷工況的塔、罐等容器液位測(cè)量一般不能選用法蘭式差壓變送器，而是選用普通差壓式變送器。

普通差壓變送器測(cè)量液位一般為T(mén)ube引壓管+差壓變送器安裝方式，通過(guò)Tube引壓管將測(cè)量介質(zhì)引導(dǎo)至差壓變送器，根據(jù)流體靜力學(xué)原理完成對(duì)液位的檢測(cè)。

差壓液位變送器的安裝注意事項(xiàng)：

1）差壓液位變送器測(cè)量液位時(shí)，儀表安裝高度通常不應(yīng)高于被測(cè)容器液位取壓接口的下接口標(biāo)高。安裝位置應(yīng)易于維護(hù)，便于觀察，且靠近取壓部件的位置。

圖4 差壓變送器測(cè)量液位Tube引壓管配管安裝圖Fig.4 Installation diagram of differential pressure transmitter measuring liquid level Tube pressure pipe piping

2）差壓液位變送器應(yīng)垂直安裝，保持“＋”“-”壓室標(biāo)高一致。

3）差壓液位變送器的“+”壓室應(yīng)與工藝容器的下接口相連，“-”壓室應(yīng)與容器的上接口相連。

4）差壓液位變送器Tube引壓管應(yīng)根據(jù)測(cè)量介質(zhì)特性做好絕熱或保溫措施。

5）差壓液位變送器應(yīng)具備正、負(fù)遷移功能。

2 深冷介質(zhì)容器差壓液位變送器不同安裝方式及問(wèn)題

2.1 安裝方式一

深冷介質(zhì)容器差壓液位變送器安裝及配管方式一如圖6所示，Tube引壓管保冷，現(xiàn)場(chǎng)差壓液位變送器測(cè)量范圍按照儀表規(guī)格書(shū)提供校準(zhǔn)量程設(shè)置（如測(cè)量范圍：0 KPa～5.5KPa）。

圖5 裝置現(xiàn)場(chǎng)深冷工況差壓變送器安裝效果圖Fig.5 Installation effect diagram of differential pressure transmitter under deep cold working conditions on site

圖6 差壓液位變送器安裝方式一示意圖Fig.6 Schematic diagram of installation method 1 for differential pressure liquid level transmitter

液位正常測(cè)量狀態(tài)為設(shè)備下法蘭至變送器正壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為氣態(tài)，設(shè)備上法蘭至變送器負(fù)壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為氣態(tài)（因此無(wú)需考慮變送器遷移），容器內(nèi)液位變化使差壓變送器測(cè)量靜差壓發(fā)生變化，最終實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。

2.1.1 可能存在的問(wèn)題

1）液位指示偏高，設(shè)備下法蘭至變送器正壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為液態(tài)（或氣、液混合），設(shè)備上法蘭至變送器負(fù)壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為氣態(tài)。

2）液位指示偏低，設(shè)備下法蘭至變送器正壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為液態(tài)（或氣、液混合），設(shè)備上法蘭至變送器負(fù)壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為液態(tài)（或氣、液混合），當(dāng)容器內(nèi)介質(zhì)高度超過(guò)上法蘭口時(shí)，將會(huì)有介質(zhì)進(jìn)入變送器負(fù)壓側(cè)Tube引壓管。

2.1.2 可能存在的風(fēng)險(xiǎn)

1）造成工藝監(jiān)盤(pán)人員對(duì)容器真實(shí)液位的誤判斷，做出錯(cuò)誤的操作，可能導(dǎo)致裝置生產(chǎn)波動(dòng)。

2）液位指示偏高，若液位存在高高報(bào)警聯(lián)鎖，則可能存在聯(lián)鎖誤動(dòng)作造成裝置非停。

3）液位指示偏低，若液位存在高高報(bào)警聯(lián)鎖，則可能存在無(wú)法觸發(fā)液位高高聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，造成裝置無(wú)法聯(lián)鎖停車導(dǎo)致人員或設(shè)備損壞。

2.2 安裝方式二

經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)深冷介質(zhì)容器差壓液位變送器按照安裝方式一無(wú)法正常測(cè)量液位，后經(jīng)過(guò)改造，采取新的安裝及配管方式如圖7所示。將差壓液位變送器的安裝高度與容器下法蘭口平行，Tube引壓管正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)進(jìn)行保冷絕熱，現(xiàn)場(chǎng)差壓液位變送器測(cè)量范圍按照儀表規(guī)格書(shū)提供校準(zhǔn)量程設(shè)置（如測(cè)量范圍：0KPa～5.5KPa）。

圖7 差壓液位變送器安裝方式二示意圖Fig.7 Schematic diagram of installation method 2 for differential pressure liquid level transmitter

液位正常測(cè)量狀態(tài)為設(shè)備下法蘭至變送器正壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為氣態(tài)或液態(tài)或氣液混合態(tài)（但變送器安裝高度與法蘭口平齊，因此不論介質(zhì)相態(tài)如何不會(huì)對(duì)差壓變送器產(chǎn)生靜壓差的變化），設(shè)備上法蘭至變送器負(fù)壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為氣態(tài)（因此無(wú)需考慮變送器遷移），容器內(nèi)液位變化使差壓變送器測(cè)量靜差壓發(fā)生變化，最終實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。

2.2.1 可能存在的問(wèn)題

液位指示偏低，設(shè)備下法蘭至變送器正壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為液態(tài)（或氣、液混合），設(shè)備上法蘭至變送器負(fù)壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為液態(tài)（或氣、液混合），當(dāng)容器內(nèi)介質(zhì)高度超過(guò)上法蘭口時(shí)，將會(huì)有介質(zhì)進(jìn)入變送器負(fù)壓側(cè)Tube引壓管。

2.2.2 可能存在的風(fēng)險(xiǎn)

1）造成工藝監(jiān)盤(pán)人員對(duì)容器真實(shí)液位的誤判斷，做出錯(cuò)誤的操作，可能導(dǎo)致裝置生產(chǎn)波動(dòng)。

2）液位指示偏低，若液位存在高高報(bào)警聯(lián)鎖，則可能存在無(wú)法觸發(fā)液位高高聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，造成裝置無(wú)法聯(lián)鎖停車導(dǎo)致人員或設(shè)備損壞。

2.3 安裝方式三

經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)深冷介質(zhì)容器差壓液位變送器按照安裝方式一或安裝方式二都存在無(wú)法正常測(cè)量液位的情況，后經(jīng)過(guò)討論及技術(shù)改造，采取新的安裝及配管方式如圖8所示。將差壓液位變送器的安裝高度與容器下法蘭口平行，Tube引壓管正壓側(cè)進(jìn)行保冷絕熱，Tube引壓管負(fù)壓側(cè)進(jìn)行伴熱加保溫，現(xiàn)場(chǎng)差壓液位變送器測(cè)量范圍按照儀表規(guī)格書(shū)提供校準(zhǔn)量程設(shè)置（如測(cè)量范圍：0KPa～5.5KPa）。

圖8 差壓液位變送器安裝方式三示意圖Fig.8 Schematic diagram of installation method three for differential pressure liquid level transmitter

液位正常測(cè)量狀態(tài)為設(shè)備下法蘭至變送器正壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為氣態(tài)或液態(tài)或氣液混合態(tài)（但變送器安裝高度與法蘭口平齊，因此不論介質(zhì)相態(tài)如何不會(huì)對(duì)差壓變送器產(chǎn)生靜壓差的變化），設(shè)備上法蘭至變送器負(fù)壓側(cè)Tube引壓管由于增加伴熱加保溫，因此會(huì)保證負(fù)壓側(cè)Tube內(nèi)介質(zhì)相態(tài)一直為氣態(tài)，容器內(nèi)液位變化使差壓變送器測(cè)量靜差壓發(fā)生變化，最終實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。

2.3.1 可能存在的問(wèn)題

變送器負(fù)壓側(cè)Tube管伴熱失效，設(shè)備上法蘭至變送器負(fù)壓側(cè)引壓管內(nèi)介質(zhì)相態(tài)為液態(tài)（或氣、液混合），當(dāng)容器內(nèi)介質(zhì)高度超過(guò)上法蘭口時(shí)，將會(huì)有介質(zhì)進(jìn)入變送器負(fù)壓側(cè)Tube引壓管，可能造成液位指示偏低。

2.3.2 可能存在的風(fēng)險(xiǎn)

1）造成工藝監(jiān)盤(pán)人員對(duì)容器真實(shí)液位的誤判斷，做出錯(cuò)誤的操作，可能導(dǎo)致裝置生產(chǎn)波動(dòng)。

2）液位指示偏低，若液位存在高高報(bào)警聯(lián)鎖，則可能存在無(wú)法觸發(fā)液位高高聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，造成裝置無(wú)法聯(lián)鎖停車導(dǎo)致人員或設(shè)備損壞。

3 結(jié)語(yǔ)

為了保證深冷介質(zhì)容器液位測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，滿足浮筒液位變送器選型技術(shù)要求以及現(xiàn)場(chǎng)具備浮筒液位變送器安裝條件的情況下，建議優(yōu)先選用浮筒液位變送器。此種選型和安裝方式環(huán)境溫度及外部因素對(duì)其測(cè)量影響較小，儀表專業(yè)的維護(hù)量相對(duì)也較小。也可采用差壓變送器測(cè)量液位，若采用差壓變送器測(cè)量深冷介質(zhì)容器液位，建議選用“安裝方式三”，且在裝置運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)定期對(duì)差壓液位變送器負(fù)壓側(cè)Tube管伴熱進(jìn)行巡檢，保證伴熱的正常，進(jìn)而保證差壓液位變送器測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。