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

[摘　 要]：

　 繼上文是描述溫度測(cè)量方面的，接下來(lái)我們要論述立式儲(chǔ)罐稱(chēng)重方法在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，以及儲(chǔ)罐稱(chēng)重計(jì)量技術(shù)應(yīng)用的大概歷程，重點(diǎn)介紹液位式稱(chēng)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?jī)x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(chǔ)罐稱(chēng)重方案，也由早期的浮標(biāo)式物位儀表到氣壓式儲(chǔ)罐稱(chēng)重儀， 再到儲(chǔ)罐稱(chēng)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(chǔ)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(lái)越受到廣泛重視，為企業(yè)在安全、生 產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)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(chēng)重方案，也是大多數(shù)企業(yè)常遇到的問(wèn)題，下面本文僅對(duì)立式儲(chǔ)罐的稱(chēng)重計(jì)量大致的發(fā)展概況和液位式稱(chēng)重方法的應(yīng)用，做一個(gè)回顧和應(yīng)用的體會(huì)。

    1 立式儲(chǔ)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(chǔ)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(chǎng)安裝麻煩，現(xiàn)已淘汰。

    2）氣壓式儲(chǔ)罐稱(chēng)重儀，在九十年代初開(kāi)始逐漸廣泛使用的方法，由鐘罩、氣壓式一次表和專(zhuān)用二次儀表組成。 此種方法對(duì)解決立式儲(chǔ)罐的稱(chēng)重計(jì)量問(wèn)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(duì)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(chēng)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(chēng)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(chǔ)罐稱(chēng)重模塊式計(jì)量方法，這種方案有多種優(yōu)點(diǎn)，稱(chēng)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(duì)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(chēng)重模塊二萬(wàn)元到十萬(wàn)元不等。總體來(lái)講，儲(chǔ)罐稱(chēng)重模塊式的計(jì)量方法是當(dāng)今主要的稱(chēng)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(chēng)重裝置的原理、 選型和安裝要求
    液位式稱(chēng)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(chǔ)罐的稱(chēng)重計(jì)量問(wèn)題，可進(jìn)行就地/遠(yuǎn)程顯示控制，或作為企業(yè)儲(chǔ)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(chēng)重原理。對(duì)于立式儲(chǔ)罐來(lái)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(chǔ)罐貯量 公斤、噸（kg、t）
    S———立式儲(chǔ)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(cè)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(hào)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(chǔ) 罐 的 貯 量 W 與 液 位 變 送 器 的 輸 出 成正比，因此通過(guò)液位變送器的模擬信號(hào)輸出來(lái)反映立式儲(chǔ)罐的貯量是可行的， 將輸出信號(hào)通過(guò)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(chēng)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(chǔ)罐的總高度確定， 如 4m 高度的立式儲(chǔ)罐，選定量程為（0~40）kPa。 精度的選定，可根據(jù)適用的原則來(lái)確定，如儲(chǔ)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(jí)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(jí)；當(dāng)用于投料生產(chǎn)的小型立式儲(chǔ)罐（≤15t），則一定要選用 0.1 級(jí)以上，才能達(dá)到投料生產(chǎn)允許誤差的要求。

    對(duì)于敞口浮頂立式儲(chǔ)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(chǔ)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(jí)或 0.2 級(jí) 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(chǎng)是防爆環(huán)境，按其環(huán)境安全防爆等級(jí)選用相應(yīng)的或較高防爆等級(jí)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(lái)確定安裝方案，安裝位置不正確會(huì)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(chēng)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(zhǎng)距離傳輸可靠運(yùn)行，線路敷設(shè) RVVP3×1 屏蔽信號(hào)線，傳輸距離一般不超過(guò) 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(jí)數(shù)字壓力表，氣壓式校驗(yàn)臺(tái)，在校準(zhǔn)過(guò)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(wú)掉落數(shù)字現(xiàn)象即可。 以 2m 立式儲(chǔ)罐，介質(zhì)是油酸為例，校準(zhǔn)記錄見(jiàn)表 1：

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

    1）介質(zhì)溫度要控制好，不易過(guò)高。 對(duì)于易揮發(fā)溶劑來(lái)講，溫度盡量要低，這樣既可保證安全性，又可防止儲(chǔ)罐內(nèi)溶劑氣相壓力增加而使單法蘭變送器測(cè)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(chēng)重。 對(duì)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(duì)靜壓的反應(yīng)速度，增加介質(zhì)的流動(dòng)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(cè)量，高度不受影響，而液壓測(cè)量，其線性就有一定的不確定性。 一般將剛好沒(méi)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(duì)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(guò)濾器，將雜質(zhì)過(guò)濾掉，并定期清理過(guò)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(cè)試一次，以務(wù)必保證測(cè)量精準(zhǔn)度和靈敏度。