重點討論液位的測量在工藝操作上的可靠性與準確性

差壓液位計在化工企業(yè)裝置中廣泛應用，但是在使用中存在的許多問題。上海自動化儀表有限公司提出使用艾默生公司的新型ERS電子遠傳液位測量的技術，在實際的裝置中，進行了特殊應用改造，經(jīng)一段時間的使用，能很好地滿足工藝生產(chǎn)。尤其是大量程差壓液位的測量，提供了一種高精度測量的方法。

化工企業(yè)中，生產(chǎn)BDO產(chǎn)品的裝置，具有高溫，高壓，有毒，危險性的特點，儀表的選擇上，要考慮到各項參數(shù)，滿足這些參數(shù)下，才能使儀表在裝置中的穩(wěn)定運行。本次重點討論液位的測量，在工藝操作上的可靠性與準確性。突出液位測量儀表的選型，對影響工藝操作的穩(wěn)定性，安全性的一般性討論與研究。

1 液位測量和存在問題

1.1 現(xiàn)場液位測量現(xiàn)狀

在化工企業(yè)中，對裝置的液位測量，絕大多數(shù)地使用差壓式液位變送器、某些企業(yè)采用了雷達液位計、在罐裝設備上使用了射頻導納液位計、密封罐中使用的是磁致伸縮液位計。但它們因環(huán)境或測量媒質(zhì)的不同，因自身的測量相一致的原理，存在著不一致的偏差。

1.1.1 差壓式液位變送器

單法蘭變送器，在底部使用，而雙法蘭差壓變送器或單法蘭差壓變送器在密封罐中經(jīng)常使用，它是利用罐內(nèi)液位改變時，因液位產(chǎn)生的靜壓，對壓力隔膜的壓力轉(zhuǎn)變成電子信號的原理工作的。它有以下的優(yōu)點：不受溫差的變化，穩(wěn)定性強，性價比較高，在密封罐中可以忽略其內(nèi)在的影響。在使用中，也存在著一些缺點：如對介質(zhì)的要求，強酸強堿的介質(zhì)就不適用。對密度大的測量，精度也有影響，環(huán)境溫度的劇變，也出現(xiàn)一定的偏差。尤其是上引的細管過長，也存在著的測量波動。

1.1.2 雷達液位計

常用的雷達液位計，主要分為非接觸式雷達，導波雷達，主要的原理是利用雷達波的向液面發(fā)射很高頻電磁脈沖，波長在幾米，頻率在4GHz以上，(在結構上主要有導波雷達沿鋼纜和探棒這兩種)，由于測量發(fā)射波和回波存在著時間差，經(jīng)過時間差的計算，再經(jīng)一定的算法，就可以折算出液面高度。雷達波液位計，其具有不受溫度、環(huán)境中有蒸汽、周圍有粉塵、或者在泡沫包圍的情況下，其影響度比其他的液位計有好特的優(yōu)勢。但是，它也出現(xiàn)了一定的缺點：由于導波雷達波到達以接觸介質(zhì)后，因為不同的介質(zhì)，都有不同的介電常數(shù)，反射波的一部分被介質(zhì)干擾掉后，剩余的回波就極大地削弱了，在時間差的測量上，就有了新的要求，回波就越大，精度越高，反之，精度就下降。對于某些使用鋼纜、還有探棒的導波桿，其易掛料的現(xiàn)象不易消除。給其帶來了不良影響。相反，非接觸式雷達就具有了明顯的優(yōu)點：它不接觸介質(zhì)，只與傳輸中的空氣或渾發(fā)性的氣體接觸，影響只是這些，但其

影響微乎其微，一般地，都忽略不計。但是，如果這些傳輸經(jīng)過的空氣中有汽化介質(zhì)，或者帶有泡沫的介質(zhì)，影響就比較突出了，因此，其有以下的要求，對空間有汽化、空間有帶泡沫介質(zhì)，其測量會有較大的偏差，因此，不適用于這方面的應用。

綜合以上可以看出，雙法蘭差壓液位變送器是石油、化工和石化生產(chǎn)過程中應用十分廣泛的液位測量儀表，主要用于測量具有腐蝕性、黏度大、不易結晶、低凝固點液位的被測介質(zhì)。其特點是結構簡單、精que度高、線性好、便于安裝與維護、易于組合成控制系統(tǒng)，用于連續(xù)或間歇生產(chǎn)過程的塔、罐、槽等容器的液位連續(xù)測量和界位測量。

常規(guī)的差壓變送器通過測量容器中的液位壓力來進行液位測量，直接采用引壓管安裝。雙法蘭采用了毛細管柱和密封系統(tǒng)解決了引壓管的許多安裝問題。這些系統(tǒng)包括通過充油毛細管柱連接到差壓變送器的外部傳感膜片。壓力的變化引起了膜片的位移，這樣壓力就通過充油毛細管傳送到變送器。充油

毛細管系統(tǒng)都經(jīng)過精心的焊接和制造，因此它是一個性能可靠的密封系統(tǒng)。這種類型的結構消除了可能在引壓管中產(chǎn)生的泄漏點和堵塞。

1.2 傳統(tǒng)差壓液位技術的問題

液位測量上，雙法蘭差壓液位系統(tǒng)仍然是一種成熟可靠的技術，它廣泛應用于高型容器和塔中。它的特點，就是有了毛細管，在安裝上，較為困難，不能打折，否則就造成一次性的損壞。因為它的距離過長，毛細管在傳輸壓力上，就會將誤差傳輸過去。在環(huán)境溫度變化較大的時候變得更為明顯了。毛細管的位置，其安裝位置，是經(jīng)常檢查的目標。

使用雙法蘭膜片變送器測液位時，因為在高度上，其取壓間距很大，毛細管的長度帶來了儲多問題。這個問題，較為常見的問題如：毛細管的溫度變化對測量精度影響較大，在實際中，其響應速度也會變慢，其中的高溫油在環(huán)境溫度過低時需要伴熱等。本裝置中，25% 以上的差壓液位都存在著法蘭間距過大，毛細管過長，測量滯后；還有部分測量點介質(zhì)溫度過高，充填液采用高溫硅油，需要對毛細管伴熱，尤其是在新疆地區(qū)，冬季時間接近5個多月，儀表使用很不穩(wěn)定。因此需要對部分關鍵點測量部位進行改造，來保證測量的準確性，以確保工藝操作的穩(wěn)定性。

2 新型差壓液位測量技術-電子遠傳ERS

艾默生過程控制有限公司于2011年發(fā)布了羅斯蒙特?ERS (electronic remote sensor) 電子遠程傳感器系統(tǒng)，一時造成了行業(yè)中的震動，它是shijie上地衣個數(shù)字差壓液位系統(tǒng)。從此，壓差測量技術，進入到了數(shù)字時代。艾默生宣稱，它擁有十項以上的轉(zhuǎn)lijishu，在3051S ERSTM 系統(tǒng)上，是劃時代的進步。它使用了兩個以數(shù)字方式連接在一起的3051S壓力傳感器，機械毛細管的方式看不到了。原理簡單地描述為，它通過兩個傳感器中的一個，進行差壓值的計算，再通過一個標準HART位號牽制，進行兩線制的傳輸，對現(xiàn)場的4～20Ma信號要求，就得以滿足。

2.1 ERS電子遠傳傳感技術原理

電子遠程傳感技術，是電子信號傳輸?shù)囊环N方式，在ERS中，必須采用有線進行傳輸，這樣就可以保證數(shù)據(jù)不受干擾，失真度接近為零。ERS與其他的信號相比，它有自身的轉(zhuǎn)lijishu，在高型容器和塔上進行液位的測量，有其準度高，安裝方便，維護方便的特點。在表面上看，羅斯蒙特3051S ERS系統(tǒng)僅僅使用了兩個直接安裝的3051S壓力變送器，它與差壓變送器相比，沒有毛細管應用。RES使用的兩個傳感器，其中的一個計算差壓，另外的一個測量靜壓，通過標準的兩線制4～20mA HART信號傳輸回主機，主機的系統(tǒng)經(jīng)過軟件的運算，直觀地表現(xiàn)出液位數(shù)值。

ERS是在差壓液位技術上的較大改進，是對差壓測量技術的重要提升。ERS技術在目前來看，仍然屬于#先金，技術成熟的技術，在3051S壓力變送器平臺上，好放風采。它使用了兩個壓力變送器，其中一個測量低位裝置的高壓測量數(shù)據(jù)，另外一個在高位置測量低壓側(cè)數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)使用了一個的電子功能模塊由軟件計算出高低壓側(cè)的差壓來，再進而通過4～20Ma線路，向系統(tǒng)中輸出對應的數(shù)據(jù)信息。資料顯示，ERS擁有多項轉(zhuǎn)lijishu，它解決了信號的同步，電源配及的管理，在隔離防爆要求的場所，其本安認證的措施，也做得相當出色。ERS沒有了毛細管，這在壓差測量方面，具有好特的優(yōu)勢，因此，在10m以上的罐中，得以廣泛應用，原來的壓差上的負遷移，需要專業(yè)知識才能搞懂的知識，在ERS上幾乎看不到，它巧妙地經(jīng)過軟件計算，僅僅在高位或低位提出實際的數(shù)據(jù)，就解決了其他測量技術的專業(yè)性，因此，其測量的數(shù)據(jù)響應速度變得很快，精度就更高了。在環(huán)境溫度變化比較巨大的地區(qū)，它的優(yōu)勢就更加突出，因為它沒有了毛細管。

與傳統(tǒng)的兩臺壓力變送器測量壓力計算差壓的方式相比，ERS系統(tǒng)需要一個4～20mA回路，這個回路是無源線，僅要在原來的線路中，切斷后再連接到主表，另外，在副表供電上，只要接原來的供電源即可：不需要到DCS系統(tǒng)中計算差壓，主表輸出的差壓信號是電信號，它經(jīng)過數(shù)字化處理后，通過同步技術傳到主線路中，在軟件的優(yōu)化作用下，直接差壓零點進行調(diào)整，這樣就保證了差壓信號的正常傳輸，從而有效地保證了其可靠的同步性。環(huán)境溫度的影響，兩個壓差變送器在同一環(huán)境中，因溫度的變化，是一致性的，從而互利抵消了存在的干擾因素。

2.2 ERS電子遠傳系統(tǒng)的優(yōu)點

3051S ERS系統(tǒng)好特的數(shù)字架構，其原理已經(jīng)很明顯，它在高型容器，還有高裁體的塔上使用較為突出，這是它的明顯優(yōu)點：

(1) 因為它采用的數(shù)字化架構，其性能加以改善了，3051S ERS系統(tǒng)的優(yōu)上是沒有了機械部件，大大地減少了機械磨損，因此，在大范圍變化的溫度下，數(shù)字化架構的性能就表現(xiàn)出其優(yōu)勢，在響應時間上得以提供，在傳輸信號上，就更加穩(wěn)定，測量上的反復性就能很好地得以保證。有人經(jīng)過測量數(shù)據(jù)的對比，它的測量精度相對于傳統(tǒng)的機械式的測量，精度大幅度地提高了。

(2) 它的另一個特點，就是安裝的簡單化，凡是學過儀表基礎知識的人，都可以方便地安裝，并且對其出現(xiàn)的問題，按照說明的指南，很容易地解決出現(xiàn)的問題：在某些地上，尤其是北方，有長期的寒冷天氣，這些裝置會有伴熱或保溫的裝置。這僅僅需要認真地檢查信號的脈沖信號，檢查線路的漏水點，發(fā)現(xiàn)漏點，要及時地處理，這樣，對冷凝水就能好地解決。3051S ERS系統(tǒng)的數(shù)字架構恰恰地沒有了這些環(huán)節(jié)，從而避免了人為地工作，降低了勞動強度，減少了大量維護工作和設備保養(yǎng)工作。

(3) 由于其是數(shù)架式結構，其特點就具備了現(xiàn)代通信的功能，有著較多的過程數(shù)據(jù)診斷，因此3051S ERS系統(tǒng)是一個多參數(shù)?系統(tǒng)，它提供了較多的數(shù)據(jù)內(nèi)容，能有效地對額外的過程優(yōu)化，進行有效地控制，數(shù)據(jù)信息量的處理可以方便地得以處理。經(jīng)常的液位計算，3051S ERS提供了諸多的數(shù)據(jù)信息，對來自每個壓力傳感器讀數(shù)都有非常好的數(shù)據(jù)地址，傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)，訪問的實時數(shù)據(jù)，對液位或體積的測量，可以進行比例的輸出，從而方便地與其他的數(shù)據(jù)接口，可以方便地匹配。綜上，ERS是基于傳統(tǒng)差壓液位技術原理，在3051S平臺上開發(fā)的新一代產(chǎn)品，在高塔液位測量，惡劣環(huán)境溫度的條件下好具優(yōu)勢。

3 現(xiàn)場應用和改造

針對ERS的技術特點和現(xiàn)場的實際情況，shou先選擇BDO裝置區(qū)域內(nèi)的高塔液位，球罐液位測量點，主要解決液位測量距離在10m以上以及塔內(nèi)介質(zhì)溫度高于200℃需要保溫伴熱的關鍵測量點進行更換。

3.1 改造方案1—精制塔液位測量

主要問題：差壓150kPa。15m的法蘭間距，傳統(tǒng)方案誤差很大，受環(huán)境溫度影響大，介質(zhì)溫度高，冬季需要伴熱。

解決方案：ERS電子遠傳替換原雙法蘭式方案。測量結果：使用ERS電子遠傳后，測量穩(wěn)定性大大提高，wuxu伴熱，維護方便。

測量數(shù)據(jù)對比如表1所示。

測量數(shù)據(jù)對比表

通過對比，雙法蘭差壓測量在準確值的偏離度上有45mm以上的誤差，隨著高度的增加，誤差也隨之增大。ERS電子遠傳測量測量的數(shù)據(jù)，誤差值在5mm以內(nèi)，在高度測量上，其誤差幾乎可以忽略不計。

3.2 改造方案2—塔液位測量

主要問題：靜壓 600kPa差壓 50kPa。20m的法蘭間距，傳統(tǒng)方案誤差很大。受環(huán)境溫度影響大。維護成本高

解決方案：ERS電子遠傳替換原雙法蘭式方案。

測量結果：使用ERS電子遠傳后，精度由原方案的5% 變?yōu)?.5%，提升了10倍；響應時間由3s縮短為0.5s，提升了6倍；環(huán)境溫度變化不對測量結果產(chǎn)生影響；安裝與維護變得更加方便。

通過對以上兩種工況改造后，使用效果極佳，完全達到了預期的目的，確保了工藝測量的準確度和操作的穩(wěn)定性，這對我廠后期繼續(xù)改造和優(yōu)化提供了很好的案例和經(jīng)驗。

4 推廣和應用

ERS 適用于以下工況，尤其是應用過雙法蘭但測量效果不是很好的情況下，可以考慮ERS 系統(tǒng)。　

(1) 適用于10m以上的罐，或化工企業(yè)的沸騰塔等?；て髽I(yè)經(jīng)常有蒸餾塔、干燥塔，洗滌塔，還有儲罐液位的罐等。在這種設施中，由于其取壓間距比較大，典型的6m以上的設施，其間距會遠遠地大于6m，在選擇雙法蘭測量的時候，需要使用較長的毛細管。而 ERS 系統(tǒng)是通過 CAN 總線連接主副表，消除了外界環(huán)境溫度變化對毛細管系統(tǒng)的誤差影響，提高整體測量性能，同時縮短了響應時間。

(2) 適用于10m以上的罐裝置。由于10m以上的罐，其測量的壓力相對要大些，這樣得到的差壓值就會更明顯，精度得以提高。10m以上的罐內(nèi)介質(zhì)的測量，就可以保證差壓信號的精度，假設其中的靜壓為 SP，它與差為DP的比值，就大于1，這樣的結果，對提高精度是至關重要的，這也是為什么要在10m以上的罐中，得以廣泛應用的原因。

(3) 它可以存在較大的跨度的溫差設施中應用，也可以在需伴熱的場合的設施中得以應用。環(huán)境溫度變化跨度大易引起雙法蘭的產(chǎn)生較大的溫度影響，而 ERS 因為沒有毛細管可以完全消除了這種影響，大大提高測量精度及穩(wěn)定性。對于高溫油應用場合，在環(huán)境低溫時需做伴熱，而ERS沒有毛細管不需要做伴熱，降低維護及設備成本。

(4) 適用于安裝位置上有其他附件，其他測量儀表無法測量的工況。ERS整體在安裝時，單好固定好變送器，在接線端連接電纜，做好密封，在確保可靠性下，需要監(jiān)督方進行核對，在確定完全正確時，即可投入使用。所以對現(xiàn)場安裝條件復雜，不便于安裝雙法蘭或是其他測量形式，可采用ERS系統(tǒng)簡化安裝工作。

5 結語

綜上所述，在化工企業(yè)中，雙法蘭差壓液位變送器普遍地使用，在價格上占據(jù)優(yōu)勢，測量上存在的誤差比較明顯，對小型企業(yè)，仍然是主要液位測量的解決方案。對于測量要求較高，影響工藝生產(chǎn)，控制要求嚴格的企業(yè)，采用艾默生公司推出的電子遠傳-ERS系統(tǒng)，在高塔和大罐液位測量，惡劣環(huán)境溫度的條件下好具優(yōu)勢，在精度要求較高的工況下，應當是選方案。

我廠在應用改造后，說明ERS在特殊工況的應用是成功的，又增加了幾套改造，取得的效果是令人滿意的。由于其性價比較高，并不是所有的差壓液位測量都適合使用ERS電子遠傳系統(tǒng)。各企業(yè)可以根據(jù)自己的實際情況，上海自動化儀表有限公司建議對影響工藝操作的關鍵設備上的關鍵點進行改造使用，來保證工藝生產(chǎn)的安全性，滿足裝置的安穩(wěn)運行，從而提高了企業(yè)經(jīng)濟效益。