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如何測量罐中兩種液體之間的界面

發布日期：2022-03-25 來源：作者：瀏覽次數：

【導讀】：想要在煉油廠罐中找到原油和水之間的界面的原因很明顯：煉油廠不希望任何水進入蒸餾過程。一旦用戶知道接口在哪里，他或她就可以分離出頂部原油，只留下要單獨處理的水。......

石油和天然氣、化工和石化行業的常見測量是檢測同一罐或容器中兩種液體（例如油和水）之間的界面液位。兩種液體的不同密度或比重意味著較低密度的液體將漂浮在較高密度的液體之上。在某些情況下，兩種液體會完全分離，從而形成更容易檢測的“清晰”界面。

在其他情況下，兩種液體之間將存在乳液或“抹布”層。其他界面情況包括兩個以上產品之間的多個界面，或液體和固體之間的界面。在某些情況下，可能需要測量上層的厚度。

為什么要測量界面？

想要在煉油廠罐中找到原油和水之間的界面的原因很明顯：煉油廠不希望任何水進入蒸餾過程。一旦用戶知道接口在哪里，他或她就可以分離出頂部原油，只留下要單獨處理的水。

準確性在這里非常重要，因為水中的任何油都意味著產品損失，并且油中的任何水都需要額外的處理。其他產品經常出現這種情況。一個過程可能需要分離兩種不同的產品，并且沒有一種產品包含另一種產品的殘留物。在某些應用中，分離可能不那么明顯，例如水中的甲醇、柴油和綠色柴油、黑液和肥皂等。

兩種基本的液位界面：兩種液體之間的清晰界面（左）和兩種液體之間的乳液或“碎布層”（右）。現代液位測量技術能夠檢測各種接口，包括多層。

為什么要測量界面？

在大多數情況下，由于產品的比重不同，產品會發生分離。即使這種差異足以導致產品分離，但作為界面測量基礎的差異可能太小。控制過程需要哪些變量？是否需要整體水平值以及界面？操作員是否需要知道上層的厚度以防止單獨產品的交叉污染？

液位測量傳感器

不管是什么液位接口應用，一般都有一個或多個液位傳感器可以解決。

浮子和置換器：浮子傳感器的作用與聽起來完全一樣——它漂浮在液體的頂部。浮子傳感器可以檢測頂部液體的液位。為了檢測界面，根據底部流體的比重校準的浮子傳感器將漂浮在下部流體或目標流體的頂部。

浮子傳感器類似于浮子傳感器；不同之處在于浮筒設計為完全浸沒在水中運行。浮子和置換器可用于測量多種流體的液位界面。

浮子和置換器是確定與傳感器的液位界面的非常簡單、非常便宜的方法，但它們有兩個問題：首先，它們只能用于它們被校準的特定液體；其次，如果罐中存在湍流，則可能必須安裝傳感器的靜止井。

使用浮子或置換器的另一個缺點涉及機械浮子本身。如果產品容易覆蓋或粘在浮子上，就會影響浮子的重量。一旦重量發生變化，浮子坐在一種產品上的能力可能會受到影響。如果產品的比重發生變化，情況也是如此。

電容：電容變送器有一個帶涂層的桿或電纜，它延伸到罐底并測量與傳感器接觸的材料的電容。電容變送器的桿或電纜就像電容器的一個板，金屬罐壁充當另一個板。兩個板之間的任何材料都會改變探頭上的讀數。

對于測量液體界面的電容變送器，其中一個產品必須是導電的，而另一個是非導電的。導電材料對傳感器的影響是驅動讀數的原因，因為非導電材料對輸出的影響非常小。在界面應用中使用電容的一大優勢是它不受乳液或碎布層的影響。

與浮子和置換器一樣，如果產品發生變化或產品的電導率發生變化，電容變送器可能會出現不準確的情況。電容只會給出一個輸出，根據單元的配置方式，這將是導電介質的界面或厚度。因此，如果用戶想要整體水平和界面，他或她將不得不使用兩個傳感器和兩種不同的技術。

制導雷達：制導雷達發射器有一根桿或電纜延伸到油箱中以“引導”雷達信號。部分雷達能量將在液體表面反射并返回發射器。信號下降和返回所需的時間與到產品的距離成正比。剩余的能量穿過上部介質，并在介電發生變化的界面處反射。因此它可以為整體頂層和接口層提供輸出。

它不受密度影響，只要兩種介質之間的介電常數 (dk) 大于 10 dk 并且任何乳液或碎布層厚度小于 2 英寸，就可以檢測兩種液體之間的界面。該技術在具有厚抹布層的應用中不能可靠地運行。上層介質必須具有小于 10 dk 的電介質，否則沒有足夠的雷達信號可以穿透它來讀取界面。

探頭可以長達 30 英尺，并且有多種材料可供選擇。這將允許在惡劣條件下運行，包括高溫或低溫以及腐蝕性或磨蝕性材料。導波發射器通常非常適合用于石油和天然氣以及化學工業。

多參數：液位界面測量的非常新技術之一是多參數變送器，它在一根涂層棒或電纜上結合了導波雷達和電容傳感器。

結合導波和電容技術，使其特別適用于測量乳劑層界面。

發射機通常會使用制導雷達進行界面測量。如果乳劑層太厚，發射器失去界面的導波反射，它會自動切換到電容進行測量。這兩種技術的使用消除了與接口級應用程序相關的許多問題。

在界面應用中，電容不受乳液或破布層的影響，制導雷達允許發射器監測整體液位以及界面液位。變送器具有多回波跟蹤算法，可在儲罐液位上升或下降時同時跟蹤多達 20 個儲罐回波。這確保了變送器不會“跳躍”到不是真實水平的回波，例如內部儲罐阻塞或加熱器線圈。

Gamma 量規可能很昂貴，但它們可以解決困擾其他傳感器的電平接口問題。

伽馬：有時稱為核或輻射傳感器，基于伽馬的系統使用核輻射來檢測水平和界面。源安裝在罐的一側，并通過罐壁和過程介質發射能量。輻射由儲罐另一側的一個或多個探測器測量。

當用于界面測量時，輻射能量的衰減是不同的，因為它通過不同密度的產品。多個檢測器通常用于定位準確的界面位置并識別多個界面或層。軟件程序可以將來自多個檢測器的輸出轉換為多個界面和乳劑層的圖形表示。圖形顯示了各個層的厚度和位置。

軟件將探測器值轉換為液位界面的圖形圖像

用于接口應用的一些容器（例如油/水分離器）直徑太大，伽馬能量無法穿透整個容器。對于這些應用，可以將能量源插入容器內的靜止井中，以減少能量必須傳播的距離。

伽馬系統的優點包括自動補償溫度變化，以及不受泡沫、氣體或腐蝕性材料的影響。它也是非侵入性和免維護的，可以使用多個探測器進行多相測量。

缺點是成本和需要遵守核管理委員會和各種州或國家的核輻射規則和法規。

超聲波：超聲波變送器用于固體/液體界面應用。在這里，用戶可能正在尋找鹽水溶液下未溶解鹽的水平或污水廠沉淀池中水下的污泥量。安裝超聲波換能器，使其始終浸沒在液體中。換能器通過水或液體發送超聲波信號，信號被淹沒的固體物位反射回換能器。這與探魚器使用的原理大致相同。這有助于操作員維護、控制或監控液體下的固體水平。

其他解決方案：非常簡單的解決方案是使用安裝在水箱或旁路組件側面的視鏡，并手動讀取接口液位。工程師還使用了差壓計、氣泡管和磁致伸縮傳感器——但浮子、浮子、電容、導波雷達和伽馬系統是非常常用的液位界面測量技術。

選擇傳感器

沒有一種傳感器可以解決所有級別的界面測量問題，但用戶通常可以找到不止一種可以完成這項工作的技術。而且，在某些情況下，可以使用兩個不同的液位傳感器（例如超聲波和電容變送器）來測量整體液位和界面。

非常好的建議是咨詢當地制造商的代表，了解什么是特定應用的非常佳技術。大多數過程儀表供應商已經為涉及數十種不同液體的無數液位接口應用提供傳感器，并且代表可以利用這些積累的知識。如果安裝過程錯誤或應用不正確，世界上非常先進的儀器將無法工作。

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