油-水两相界面测量技术综述.pdf

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1、第12期马世海等．油一水两相界面测量技术综述油一水两相界面测量技术综述马世海吴珂李晓薇(中国核电工程有限公司，北京100840)摘要介绍当前在油一水两相介质界面测量方面经常采用的仪表，并通过分析仪表的原理和发展情况，总结了各类仪表的使用条件及其优缺点。关键词界面测量油一水两相测量技术中图分类号TH816文献标识码A文章编号1000—3932(2016)12—1233-07在现代工业技术迅猛发展的大环境下，工艺设备的液位测量遍及生产的各个环节。当前，在石油、冶金、化工及核工业等领域，不但要求过程测量的精度高，而且还要求仪表能够适应工业

2、现场的高温、高压、强放射性及腐蚀性等特殊现场环境，以及测量信号的远传等¨。。。对工业过程中的液位进行测量时，根据介质不同，液位的测量类型可分为气液、液液和液固3种Hj一。其中液液两相界面的测量技术主要包括浮子、电容、磁致伸缩、导波雷达、吹气及光纤等测量方式∞。⋯。笔者主要对油一水两相界面的测量技术进行介绍和分析比较，根据测量仪表的测量方式不同，按照接触式和非接触式两种方式进行说明。1油一水两相界面接触式测量测量用的传感器通过与罐内存储介质接触进行界面测量即为接触式测量。当前的界面测量技术中以浮子式、电容式、磁致伸缩和导波雷达为传感器

3、的系统较多，下面分别对它们的测量方式进行分析。1．1浮子式液位计测量系统1．1．1结构与原理分析利用浮子在不同密度的液体中，能够形成不同浮力的原理进行测量的方式即为浮子式两相界面测量，图1为浮子式液位计测量系统原理示意图。浮子在整个浮子液位计的测量系统中是最关键的测量部件，浮子的动作要求能够十分灵敏地反映界面位置的变化，测量的精度和浮子的密度与外形直接相关，因此，要求浮子设计有一定的截面积和一定的外形高度。另外，根据现场介质情图1浮子式两相界面测量原理示意图况、测量范围和两相介质的密度的关系，应对浮子材料进行合理的选择和设计。1．1

4、．2应用分析20世纪60年代末到80年代，浮子式液位仪表在国外大型油罐的相关测量方面被广泛应用，其中美国VAREC公司的2500型钢带浮子液位计是主要的代表产品¨“，但是由于这类仪表的固有缺点——机械摩擦影响计量精度，随着计量精度要求的不断提升，后期逐步出现了伺服液位计，在仪表中通过引入伺服马达消除了摩擦误差，提高了测量的灵敏度和精度。但是测量浮子在滑动杆收稿日期：2016-09-05(修改稿)基金项目：国家科技重大专项——大型核燃料后处理厂关键工程技术方案研究(2010ZX06201-01)化工自动化及仪表第43卷上容易卡塞的问题

5、依然存在，影响了该类仪表的进一步应用。进入到20世纪80年代，我国石油储罐的界面测量开始得到重视，于是测量仪表国产化迫在眉睫。大连第五仪表厂成功研发了我国第1台浮子钢带液位计，该仪表具有测量精度高、现场指示器明显、指示清晰、相对价格便宜及维护方便等特点。后来，随着我国石油产业的迅速发展，对原油储罐的测量仪表也提出了更高的要求，于是国内的多家仪表厂在市场导向下，通过技术引进、自主开发等方式改进或研制了多款仪表，如：北京自动化仪表厂引进的美国VAREC公司的液位计，大连第五仪表厂继浮子钢带液位计后推出的伺服马达式液位计等，这些国产液位计

6、的出现，很好地满足了国内石油工业对于油罐界面测量的需求。浮子式液位计仪表的结构简单，因此，在大型油罐界面测量中被广泛使用，测量满足要求。但是该类仪表由于浮子卡塞的原因，不适用于粘度较大的原油界面测量；并且由于测量仪表容易受到腐蚀造成钢带断裂的情况，存在维修困难等问题。1．2电容式界面仪表1．2．1结构与原理分析电容式传感器的测量原理是将非电量的物理参数变化(如界面高度等的变化)转换为电容量的变化，采用这种方式开发的电容式界面仪表根据溶液介质中介电常数的不同，通过公式推导，测量的电容值与界面呈线性变化关系，进而可以计算出界面高度。图2

7、为电容式传感器测量油一水界面的原理示意图。d__——Sl豳豳鞫阁鬻豳曩■鬟≈瑟瑟聪图2电容式传感器界面测量原理示意图在容器内部插入测量电极，则电极与容器内壁之间可以看作是一个电容器。界面以上部分看作是一个固定的介电常数，界面以下部分为水溶液的介电常数，两者并联构成了整个电容，则容器测量到的总电容c的计算式如下¨“：C．c1+C2=淼H+蒜m日)=Co+kH(1)式中C。——界面以上介质充满容器时的电容，F；C，——界面以下介质的电容，F；c：——界面以上介质的电容，F；D——圆柱容器内壁直径，m；d——插入电极直径，m；日——待测界

8、面高度，m；矗——两相介质介电常数的相对系数，F／m；￡——容器高度，m；鼠——真空介电常数，F／m；孝，——界面以上部分的介电常数，F／m；孝：——界面以下水相部分相对常数，F／m。可以看出，通过传感器测量到的总电容C与油一水界面高