界面测量的改进方案探讨

【摘 要】 本文通过分析在回收六塔冷凝器分层器的界面测量中出现的问题，提出了两种改进方案，介绍了两种方案的测量原理及其测量界面的优势所在 【关键词】 界面测量 射频导纳仪 导波雷达物位计 1 前言 工业测量技术是一门迅速发展的高新技术，工业测量技术与仪表的种类繁多，这给我们的实际生产中对测量仪表的选择提供了很大的选择空间，同时也带来了合理选型的难度。合理的选用测控仪表将大大提高系统的控制品质，从而提高生产的稳定性和产品的质量。 2 改进的原因 我公司回收工段六塔冷凝器分层器的界面测量采用了差压法测量界面的测量方案，该测量方案的使用情况不是很理想，测量的界面高度由于受到溢流层高度变化、液体温度、酯水分离效果等因素的影响，与实际的界面有较大的差距。通过分层器视镜观察界面，要控制界面在视镜可视范围内时，在不同的时间，控制室控制的设定值有较大变化，需要在50～70％之间进行调整，因此该测量方案有待进一步的改进。 3 现用测量方案 3.1 差压法测量界面的原理 我公司回收工段六塔冷凝器分层器的界面测量部分采用的差压法测量界面的测 量方案，其测量原理如图1所示：由于水和醋酸异丙酯的比重的不同,水比重为1 g/cm3, 醋酸异丙酯的比重为0.818g/cm3，因此两者相同液位所产生的压力有所差异，通过测量这种压力差异便可以得出界面的高度，其测量计算公式为： 符号说明： h----------界面高度的百分数 ; ΔP--------变送器测量值； H---------界面测量范围；ρ1 ---------水的密度; ρ2 ---------醋酸异丙酯的密度 由式中可看，假设ρ1和ρ2 固定不变，则h与ΔP成线性关系。通过差压变送器测量出ΔP即可得出界面的高度h。 3.2 误差产生的原因 在实际应用中，主要有两方面的原因使得差压法测量界面产生较大的误差 1) 由于生产负荷的不同，分层器溢流挡板的上部会出现高度不等的溢出层，而测量的差压变送器的量程只有776Pa, 这种高度不等的溢流层所产生的大小不等的附加压力对微差压测量带来了较大的误差,而且这种误差不能通过表的安装位置的调整或DCS系统中的控制组态所消除。 2) 同时ρ1和ρ2 受到温度变化和分离效果的影响，而造成测量更大的偏差。 4 改进方案一 —— 改用射频导纳仪测量界面 测量原理 C0=ε0S／D＝ε0S0H0／D 符号说明： ε0 ----------水的介电常数；S --------- 两电极的面积; D ----------两电极间的距离；S0 ---------单位长度探头极板面积; H0----------被测界面的高度 而介质为醋酸异丙酯时，其介电常数为ε1 ，此时C1=ε1S0H1／D。则仪表测得的总的电容为： C = C0 ＋ C1 ＝（ε0－ε1）S0H0／D＋ε1S0H／D 将表的零位调整为LRV=ε1S0H／D，则界面高度H0有： 从而测得界面的高度。在这里也存在溢流层高度变化的问题，但是由于水的介电常数ε0为80左右，而醋酸异丙酯的介电常数ε1 只有4～ 5，所以由醋酸异丙酯溢流层所产生的附加电容相比只会产生很小的测量偏差，因此可以较为准确地测得界面的高度。 以前单纯的电容测量有一个严重的缺陷：测量时间一长，测量探头表面会有附着物，而附着物具有阻性和容性，这样便会消耗电路能量，从而产生测量误差。另一个缺点是探头到电路单元之间的电缆相当于一个较大的电容，而且其电容会随着温度而变化，因此会产生额外的测量误差。而射频导纳技术克服了上述的缺点。 4.1 射频导纳技术原理 射频导纳技术采用了三端Cote-Shield 技术,其技术原理如图示：射频振荡器产生100kHz 的射频信号，射频导纳变送器分别测量介质的容性电导（由电容产生）和阻性电导（由附 着物电阻产生），并加以计算处理后测得真实的液位或界面。在电容测量的基础上，将其扩展为一定频率交流电的电导测量，利用介质和附着物之间的不同电特性，将附着物产生的影响进行过滤消除，从而的到真实的电导值即电容值。 5 改进方案二 —— 改用导波雷达物位计测量界面 5.1 测量原理 第二种改进方案是采用导波雷达物位计进行界面的测量，该方案比上一方案有更好的界面测量效果。雷达式物位计是以时域反射原理(Time Domain Reflectometry TDR)为基础进行测量的，其测量原理如图4所示：时间很短的（一般为1ns）的一束低功率雷达脉冲（A）通过传导杆的导向向下传播，雷达波先和泡沫层接触，但几乎没有雷达波被反射。雷达波继续向下传播至醋酸异丙酯层，由于异丙酯介电常数较低（εr ＝4～5），除一小部分雷达波（B）被反射外，其余波继续在介质中传播，直至到达酯水界面，而水的介电常数比异丙酯大的多（εr =70~80）,几乎为全反射介质，雷达波几乎为全反射（C）。介质的介电常数越高雷达反射效果越显著，所以信号C比B要强很多。通过信号的过滤处理，计算信号A和C的间隔时间即可得出界面的高度 。 5.2 主要优点 与其它的液位和界面测量手段相比，传导式雷达液位计有着其它形式仪表所不具于的特点和优点，适合于许多传统仪表难以胜任的精确测量，其主要优点如下： 1) 雷达信号沿传导杆传导，发射和反射的能量集中，几乎无衰减，使得反射信号强，测量不受泡沫、烟尘、蒸汽等外界因素的影响，也不受温度、压力和介质的介质物性变化的影响，从而保证了测量的精确性。 2) 抗油污黏附，测量可靠。 3) 安装简单，低维护量，智能式调校功能。 5.3 使用注意事项 传导式雷达液位计对安装要求较低，在实际使用中基本不会出现问题，但是其同样存在测量死区问题，如图4所示，在确定传导杆长度和安装调试时需要加以考虑。 6 三种测量界面的仪表比 上述三种测量界面的方法所采用的仪表类型技术条件比较如表1示: 7 结束语 由于仪表类型众多,对同一测量对象的测量方法有很多种,在确定测量方案时,首先考虑选择仪表测量方案,如果现有仪表类型不能够满足测量需求或者投入的成本很高的情况时,再选择合适的方法测量方案。两者相比较，前者一般有着更好的测量精度及应用的方便性。本文通过本文通过分析在回收六塔冷凝器分层器的界面测量中出现的问题，提出了两种改进方案，并介绍了两种新颖的液位／界面测量仪表——射频导纳仪和导波雷达物位计的测量原理及其在界面测量中的应用优势，希望能给大家起到参考和抛砖引玉的作用。 参考文献 1. 《Rosemount 3300 Series Guided Wave Radar Level and Interface Transmitters Reference Manual》 ROSEMOUNT 2. 熊国疆 《回收六塔分层器界面控制的改进》《维纶通讯》2004年第3期 3. 张聪丽 《静电脱盐罐油水界面测量仪表选择》《石油化工自动化》第166期 4. 钱承东 《传导式雷达液位计在含水废油液位测量方面的应用》 《自动化仪表》 2003年第9期 作者简介: 洪宝庆,1976年生,仪表助理工程师，1996年毕业于江西师范大学高分子合成专业,2002年东南大学自动控制系结业,现工作于江西化纤化工有限责任公司有机分厂，从事仪表技术及DCS系统管理工作。曾在《维纶通讯》上发表过论文。