CN102261943A - 一种气柜液位测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业测量控制技术领域，提出了一种气柜液位测量装置及方法，通过简单的装置，将气柜液位转化为测量管内液体液位的高度变化，再测量出液位变化引起的压强变化差通过计算得出所述气柜液位。本发明的方案测量原理简单、需测量值少、计算简便，测量精度和效果都能得到保证，并且使用材料和安装施工简单、经济，可广泛应用于石油、化工等领域。

Description

一种气柜液位测量装置及方法

技术领域

本发明涉及工业测量控制技术领域，特别涉及一种气柜液位测量装置及方法。

背景技术

气柜是一种用于贮存各种工业气体、或用于平衡气体需用量的不均匀性的一种容器设备，在石油、化工、医药等行业中，经常使用气柜来储存工业生产过程中使用或获得的气体物质。其中，以贮存的压力需求气柜通常分为低压气柜和高压气柜两大类，绝大多数工业气体对贮存压力并无严格要求，因而低压气柜的使用较高压气柜广泛得多。而低压气柜又分为湿式和干式两种结构，湿式低压气柜是目前最简单最常见的一种气柜。

常见的湿式低压气柜由水封、钟罩两部分组成，钟罩一般是没有底部、可以上下活动的圆筒形容器，钟罩与水封面之间的空间用于贮存气体；进气管与出气管由气柜底部经水封与钟罩相通，两管之间设置平衡阀，通过充放气体使得钟罩在水封面升降活动。

可以看出，通过测量气柜液位(即水封面与钟罩顶部的距离)即可获得气柜中气体的具体数据，因而气柜液位测量是自动化生产线中的一个重要环节。传统的气柜液位测量方法采用钢带式液位变送器、注油式差压变送器或毛细管差压变送器进行测量。

如图1所示，钢带式液位变送器包括钢带、液位计、变送器三部分，液位计固定在水封平台上，钢带一端固定在钟罩顶部边缘，另一端通过导轨与液位计连接，随着钟罩的升降拉动钢带，同时带动了液位计中的传动装置，其中的传动齿轮将液位变化通过耦合器传递给变送器的R/I转换器，由液位的变化引起电阻的变化，产生4-20mADC输出，由此测得气柜液位。这种测量方法通常需采用特定的液位计和变送器，对变送器要求很高，因而成本也较高，并且产生测量误差的环节多，实际应用效果不太理想。

如图2所示，差压测量气柜液位的方式一般采用差压变送器，将差压变送器负室一端固定在水封平台上，通过Φ14(直径14mm)不锈钢管连接至变送器负室，正室一端固定在钟罩顶部边缘，另一端连接至变送器正室，这一段连接分为两部分，其中从钟罩顶部到水封平台用软管，这样就保证正室随气柜自由升降；其余的部分用φ14不锈钢管，便于保温。正、负室端部安装油罐连通导压管，油罐内均注入防冻机油，由于负室一侧压力恒定，正室随气柜的升降产生压力的变化，机油密度已知，通过测得压差计算出气柜液位。

这种测量方法结构简单，但是维护量大，维护成本高。在冬季，防冻机油需要保温伴热，而且伴热质量要好，因为机油密度与温度有关，变送器正负室两侧的导压管如果受热不均匀，那么就会产生一定的系统误差；变送器需要安装在有伴热的测量间内，也需要耗费大量的蒸汽。软管连接部分没有很好的伴热方法，在深冬季节无法保证测量的正常进行。另外导压管连接处极易漏油，维护人员需要经常做注油处理，操作者要在水封平台以及钟罩顶部加入机油，工作条件即艰苦又危险。注油时需要非常小心，不能带入空气，使导压管内带入气泡，否则也会引起测量误差。

还有一些将变送器的导压管改为毛细管的，这样的测量方式都存在一定的问题，首先毛细管或导压管在上升过程中都不是垂直的，这样就会产生油压的非线性变化，从而带来严重的误差，影响气柜液位的测量，而且毛细管和导压管随气柜的升降不断来回移动也将成为易损件，带来一定的维护成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中气柜液位测量困难的问题，提出了一种气柜液位测量装置及方法，通过简单的装置和极少的测量值即可得出气柜液位，使用方便且经济。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种气柜液位测量装置，所述装置包括：

安装在所述气柜外侧的钢绳3、定滑轮4、测量管5、内管6和压力变送器；其中，

所述钢绳3一端固定在所述气柜的钟罩1顶部，另一端绕过所述定滑轮4将所述钟罩1和所述内管6连接起来；

所述测量管5中注入液体并开有取压口7；

所述内管6下端封闭并可在所述测量管5内上下移动；

所述压力变送器在所述取压口7处测量所述液体产生的压强变化。

优选地，所述测量管5还开有溢流口8，所述溢流口8设在所述钟罩上升至最高点时所述测量管内的最高水位处。

优选地，所述取压口7设在所述钟罩下降至最低点时所述测量管内的最低水位处。

优选地，所述测量管5与所述内管6为形状规则的钢管。

优选地，所述液体为水或防冻机油。

优选地，所述液体为水时，若气温低于零摄氏度还进行蒸汽伴热处理。

更进一步地，本发明还同时提供一种气柜液位测量方法，采用如上所述的装置测量气柜液位H，所述方法包括步骤：

在所述气柜中充气引起所述气柜的钟罩1上升高度H；

所述钟罩1的上升通过钢绳3和定滑轮4的传动使得内管6下降高度H；

所述内管6的下降使得测量管5内液体的液位上升高度h；

压力变送器在所述测量管5的取压口7处测量出所述液位上升高度h引起的压强变化P；

根据测得的所述压强变化P、液体密度ρ以及管材规格计算得出所述气柜液位H。

优选地，所述测量管5与所述内管6为形状规则的柱状圆筒，所述测量管5规格为ΦD₁*σ₁、所述内管6规格为ΦD₂*σ₂，所述气柜液位H根据公式H＝{P[(D₁-2σ₁)^2-D₂^2]}/(ρg*D₂^2)计算得出，其中，g为当地重力加速度常数。

优选地，在使用时还进行所述压力变送器的调零，将所述钟罩1下降至最低位，然后向所述测量管5中加入液体至所述取压口7处。

优选地，所述液体为水或防冻机油；当为水时，在气温低于零摄氏度时还进行蒸汽伴热处理。

(三)有益效果

本发明的方案中，测出的测量管水压差P和气柜液位高度差H是完全线性对应关系，由此得出气柜液位的测量原理简单、需测量值少、计算简便，测量精度和效果都能得到保证，并且使用材料和安装施工简单、经济，可广泛应用于石油、化工等领域。

附图说明

图1为现有技术中钢带式液位变送器测量方式的结构示意图；

图2为现有技术中差压变送器测量方式的结构示意图；

图3为本发明中的气柜液位测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明对气柜液位的测量方案中，通过钢绳、滑轮连接一个带内管(下端封闭)的测量管，钢绳连接内管和钟罩，钟罩的上升和下降带动内管的下降和上升。在测量管内注入水，通过内管在测量管内的移动，引起测量管内的水位也相应变化，再使用压力变送器来测量水位变化引起的压力(压强)变化，根据压强计算公式得出测量管内的水位变化值，再代入各管材数据计算得出钟罩上升的高度(即气柜液位)。

具体地，参见图3，钢绳3一端固定在钟罩1顶部，钢绳3绕过定滑轮4将钟罩1和内管6连接起来，钟罩1上升高度H时引起内管6下降高度H，下端封闭的内管6在测量管5内移动，内管6下降会排开一部分水，从而引起测量管5内水位上升，这样，就将气柜钟罩1的上升转化为测量管5内水位的上升。

然后，通过压力变送器(图中未示出)在固定的取压口7测量出测量管5内水位上升所造成的压力(压强)变化P，由液体压强公式P＝ρgh可计算得出测量管5内水位上升高度h，由于内管6下降高度H排开水的体积V₂与测量管5内水位上升高度h的体积V₁相等，且测量管5和内管6为形状规则的柱状圆筒，其管材规格已知或可通过简单测量得到，因而可以通过V₁＝V₂的换算，计算得出内管6下降高度H，即为气柜钟罩上升高度H(也就是气柜液位)。

上述计算中，设测量管5规格为ΦD₁*σ₁(直径D₁mm，壁厚σ₁mm)、内管6规格为ΦD₂*σ₂，又因为V₁＝{π[(D₁-2σ₁)/2]^2-π(D₂/2)^2}h、V₂＝πH*(D₂/2)^2、P＝ρgh，因此可得气柜钟罩上升高度H＝{P[(D₁-2σ₁)^2-D₂^2]}/(ρg*D₂^2)。

进一步地，在图3中，压力变送器的取压口7设在气柜钟罩下降至最低点时测量管的最低水位处(通常以水封面平台2上方100～300mm为宜)，测量管5的溢流口8设在气柜钟罩上升至最高点时测量管的最高水位处。

此外，在使用时还可以进行压力变送器的调零以保证测量精度，调零时，将气柜钟罩1下降至最低位，将压力变送器的引压管拆开，然后向测量管5中加入水至取压口7处即可。

为防止测量管中的水由于天气变化水分蒸发导致水量减少，还可向测量管中加入少量的油，以使水面产生一个油面从而减缓蒸发造成的水量流失。

在常年气温高于零度的地区，上述测量管5中使用普通的水即可；对于气温会低于零度的地区，可将测量管5中的水改为防冻机油或进行蒸汽伴热处理，再实时测量机油或适当加热的水的密度ρ即可。

最后，为了保证钢绳3不与测量管5的内壁摩擦而产生误差，在安装时应注意使内管6的上端在气柜钟罩1到达最高点时(即内管6下降到最低点时)仍保留有一段留在测量管5外面，以避免钢绳3与测量管5产生接触。

本发明的测量方法中，测出的测量管水压差P和气柜液位高度差H是完全线性对应关系，由此得出气柜液位的测量原理简单、需测量值少、计算简便，测量精度和效果都能得到保证，并且使用材料和安装施工简单、经济，可广泛应用于石油、化工等领域。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种气柜液位测量装置，其特征在于，所述装置包括：

安装在所述气柜外侧的钢绳(3)、定滑轮(4)、测量管(5)、内管(6)和压力变送器；其中，

所述钢绳(3)一端固定在所述气柜的钟罩(1)顶部，另一端绕过所述定滑轮(4)将所述钟罩(1)和所述内管(6)连接起来；

所述测量管(5)中注入液体并开有取压口(7)；

所述内管(6)下端封闭并可在所述测量管(5)内上下移动；

所述压力变送器在所述取压口(7)处测量所述液体产生的压强变化。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量管(5)还开有溢流口(8)，所述溢流口(8)设在所述钟罩上升至最高点时所述测量管内的最高水位处。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取压口(7)设在所述钟罩下降至最低点时所述测量管内的最低水位处。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量管(5)与所述内管(6)为形状规则的钢管。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液体为水或防冻机油。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述液体为水时，若气温低于零摄氏度还进行蒸汽伴热处理。

7.一种气柜液位测量方法，采用如权利要求1-6任一所述的装置测量气柜液位H，其特征在于，所述方法包括步骤：

在所述气柜中充气引起所述气柜的钟罩(1)上升高度H；

所述钟罩(1)的上升通过钢绳(3)和定滑轮(4)的传动使得内管(6)下降高度H；

所述内管(6)的下降使得测量管(5)内液体的液位上升高度h；

压力变送器在所述测量管(5)的取压口(7)处测量出所述液位上升高度h引起的压强变化P；

根据测得的所述压强变化P、液体密度ρ以及管材规格计算得出所述气柜液位H。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述测量管(5)与所述内管(6)为形状规则的柱状圆筒，所述测量管(5)规格为ΦD₁*σ₁、所述内管(6)规格为ΦD₂*σ₂，所述气柜液位H根据公式H＝{P[(D₁-2σ₁)^2-D₂^2]}/(ρg*D₂^2)计算得出，其中，g为当地重力加速度常数。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在使用时还进行所述压力变送器的调零，将所述钟罩(1)下降至最低位，然后向所述测量管(5)中加入液体至所述取压口(7)处。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述液体为水或防冻机油；当为水时，在气温低于零摄氏度时还进行蒸汽伴热处理。

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