CN2876725Y - 空分装置液体容器的液位测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空分装置液体容器的液位测量系统，在传统的液位测量系统中增加了温度补偿装置，温度补偿装置串接于差压变送器与液体容器之间的正压导压管的管路中，温度补偿装置能对流经测量管道内的液体介质温度进行加热，使其温度分布均匀，避免由于被测容器向外散热，以及差压变送器测量正、负端管子内的液体温度由上至下逐步降低，液体介质分布不同而造成压差转换偏差和测量误差；同时，也克服了传统测量系统中作为补偿装置的螺旋盘管存在的不能彻底解决变送器采样管道内介质气－液界面波动、管道冻裂的问题，也消除了螺旋盘管容易堵塞的缺点。

Description

空分装置液体容器的液位测量系统

技术领域

本实用新型涉及对石油、化工等容器中的液位测量，更具体地指一种空分装置液体容器的液位测量系统。

背景技术

在石油、化工、医药、能源等行业中，对容器内的液位测量是一项重要的工艺监控点。在液位测量的众多方法中，采用差压式变送器测量液位是目前应用最为广泛的一种。差压式变送器检测液位的主要工作原理是测量容器内液位高度H相对于容器底部的压力差，根据该压差ΔP＝γgH，通过差压变送器转变成标准电流信号(4～20mA)输出，根据该信号来实现对液位的测量显示和控制。见图1。

但是这种测量方法，应用于空分装置冷箱内高低压塔、氩塔低温介质的液位测量时，就存在许多测量问题，液面产生波动，无法控制，无法达到稳定，影响了空分装置测量和控制、空分优化操作。

空分装置中的高低压塔，精馏塔，氩塔内的工艺介质都是低温的氧、氮、氩液体，温度一般稳定在-190℃～-197℃之间。

根据图1知道，液位计算如下：

ΔP＝P₊-P_-＝[h×g×γ_液+(L-h×g×γ_汽)+P₂]-P₂

h-液面高度；

L-容器液面检测导压管高度差；

γ液、γ汽-容器介质液态、气态密度；

P2-容器气态内压。

由于介质液态密度远大于气态密度，因而在实际检测中可忽略不计。故其表达式可由下式表示，

ΔP＝P₊-P_-＝h×g×γ_液

ΔP即为容器液面的高度。

影响液位测量主要原因：

1、气-液界面波动

空分装置液体容器液位进行测量时，差压变送器的正压侧采样来自容器的液相。低温液体介质在容器内的压力作用下，通过采样导压管向变送器传递。

空分装置内环境温度远大于采样管道内部温度，液体介质在传递的过程中被汽化。液体在气相高温下汽化，气体在液相低温下液化，因此在交界面上进行着气液、液气不断地转换演变，演变所释放和吸收的能量以压力波动现象体现。交界面所产生的波动压力被传递到变送器的检测元件上，变送器对空分装置液位检测感应是

ΔP＝γ×g×h+ΔP_波

由于ΔP波的附加量为不规则，且大小无定量的随即量，因而会对检测造成误差。如果ΔP波足够大时，将造成整个液面调节控制系统失调。

2、工作温度分布不均

空分装置容器内液态介质温度很低，与周围环境存在的温差使其不断向外吸热以求平衡，在靠近空分装置，冷箱箱体附近区域的保温材料因受潮而降低保温效果，容易造成变送器测量管道液体介质工作温度分布不均，由于容器向外散热，变送器测量正、负压端管子内的液体温度由上至下逐步降低，液体介质分布不同，造成压差转换偏差，造成测量误差。

目前，空分装置液体容器的液位测量系统都采用智能型差压变送器和采样管道组合控制原理，请参考图2，图中，1为差压变送器，2为采样阀，3为负压导压管，4为正压导压管，5为低温液体容器，6为螺旋盘管，7为空分冷箱板。从图2中可以看出，在空分装置内变送器的导压管道中采用盘管6形式。

为了防止采样导压管道开裂，差压变送器引压管道采用二组管道方法，一根使用，另外一根备用。测量误差采用DCS(集散控制系统计算机)理论计算补偿方法。

这种技术存在问题是，采样管道测量距离延长，造成测量反应滞后，同时由于管道中采用了螺旋盘管作为补偿装置，但是该盘管容易管道受堵，最主要不能彻底解决变送器采样管道内介质气-液界面波动、以及介质工作温度分布不均管道冻裂的问题，不能真正消除实际测量误差。此外，为了防止采样管道堵塞和开裂采用了二组管道，其成本大大上升，问题的根本仍然没有解决。

发明内容

本实用新型目的是针对传统的空分装置的液位测量中存在的上述问题，提供一种空分装置液体容器的液位测量系统，该测量系统能较好地解决空分装置的液位测量中存在的温度分布不均、压力波动和采样导压管道有可能堵塞和开裂现象，测量误差大的缺点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

空分装置液体容器的液位测量系统包括差压变送器、负压采样阀、负压导压管、正压采样阀、正压导压管，

所述的负压导压管通过负压采样阀连接于液体容器与差压变送器之间，

所述的正压导压管通过正压采样阀连接于液体容器与差压变送器之间，

该测量系统还包括温度补偿装置，温度补偿装置串接于差压变送器与液体容器之间的正压导压管的管路中。

所述的温度补偿装置包括加热器、温度控制器，加热器对经过正压导压管的液体进行加热，温度控制器对加热器的温度进行控制。

所述的加热器为一电加热器，加热器中还包括测温元件。

所述的温度控制器包括放大器单元、温度设定单元、调节输出回路，放大器单元根据加热器的测温元件输出的温度信号进行放大，并与温度设定单元的温度设定值共同送到调节输出回路进行处理和控制。

在本实用新型的上述技术方案中，在液位测量系统中增加了温度补偿装置，温度补偿装置串接于差压变送器与液体容器之间的正压导压管的管路中，温度补偿装置能对流经测量管道内的液体介质温度进行加热，使其温度分布均匀，避免由于被测容器向外散热，以及差压变送器测量正、负端管子内的液体温度由上至下逐步降低，液体介质分布不同而造成压差转换偏差和测量误差；同时，也克服了传统测量系统中作为补偿装置的螺旋盘管存在的不能彻底解决变送器采样管道内介质气-液界面波动、管道冻裂的问题，也消除了螺旋盘管容易堵塞的缺点。

附图说明

图1为差压变送器液位检测示意图。

图2为传统的液位测量系统结构示意图。

图3为本实用新型的液位测量系统结构示意图。

图4为本实用新型的液位测量系统中温度补偿方框原理示意图。

图5为本实用新型的温度补偿器的温度控制器方框原理示意图。

图6为本实用新型的温度补偿器的加热器结构示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本实用新型的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

请参阅图3并配合图4所示，

本实用新型的空分装置液体容器的液位测量系统与传统的液位测量系统一样，也包括差压变送器1、负压采样阀2’、负压导压管3、正压采样阀2、正压导压管4，所述的负压导压管3通过负压采样阀2’连接于液体容器5与差压变送器1之间，所述的正压导压管4通过正压采样阀2连接于被测液体容器5与差压变送器1之间，

所不同的是，本实用新型的液位测量系统还包括温度补偿装置10，温度补偿装置10包括加热器11、温度控制器12，加热器11对经过正压导压管4的液体进行加热，温度控制器12对加热器11的加热温度进行控制，具体控制请参见图4所示，温度控制器12通过一开关K的导通与断开来控制电源装置13对加热器11的供电与断电，使加热器11工作与否。

温度补偿装置10串接于差压变送器1与被测液体容器5之间的正压导压管4的管路中，在此，主要是指温度补偿装置10的加热器11串接在差压变送器1与补测液体容器5之间的正压导压管4的管路中，加热器11和温度控制器12分别位于空分冷箱板7内外的两侧，加热器11为一电加热器，加热器11中还包括测温元件。

请再参阅图5所示，所述的温度控制器12还包括放大器单元、温度设定单元、调节回路、输出回路，输入信号测温元件输出的电信号，SV为设定值，PV为测量值。放大器单元根据加热器的测温元件输出的温度信号进行放大，并与温度设定单元的温度设定值共同送到调节回路中进行调节，输出回路将调节回路输出的信号进行输出，从而控制开关K的闭合和断开。也就是说，温度控制器根据设定温度值，决定加热器是否工作，当控制温度＞温度设定值，加热器工作，反之，加热器停止工作，所以液位测量采样管(导压管)在加热器的作用下，温度一直控制工作在某一点。

实际上，温度控制器12是一市面上能够非常方便就能购到的电子产品。

请最后再参阅图6所示，加热器11主要包括电热丝111、导热金属铝合环112、耐寒绝缘物云母外衬113和测温元件114，测温元件114为一测温电阻，整个加热器由塑胶耐温材料制成外壳，两边由螺孔进行螺栓紧固，铝合环112的内径是根据导压管的外径进行定制，铝合环112是一半圆管套，它与与导压管接触，为增强导热性能，中间涂抹导热硅脂。

在实际测量时，本实用新型的温度补偿装置10的温度控制器12启动和停止受控于制氧机的起、停，被测容器液面的高低及导压管内测量温度，即制氧机、被测容器的液面高度、导压管温度、温度补偿装置四者的逻辑关系为“与”关系。

制氧机启动，低温液体容器液体液面高于某个值(如30％)时，导压管温度低于某设定值时，回路接通加热器受电加热。当其中某个条件不满足时，加热器即停止加热。当低温液体液面达到某设定值时，导压管的实际温度作为主要的控制信号，接通加热电源，电源装置将交流220V电源变成低压36V安全电压向加热器供电进行加热。加热的热能通过导热铝合环向被补偿的导压管传热，抑制导压管中的气-液的点远离检测变送器，使导压管中的气相压力稳定，从而使测量系统工作稳定。当温度高于设定值或容器液面低于某个值设定时，温度控制器发出控制信号，切断加温电源。整个工作过程能在无人干预的全自动状态下完成。在温度被偿装置的加热器作用下，导压管内低温液体能彻底汽化，管道内温度均匀，以满足空分设备正常工况下长期运行的需要。

另外在保温材料绝热保温下，加热器的温度不会向周围传递，只能沿着导压管向被测容器的采样口作热传递。由于加热器的热能量相对低温容器的能量要小得多，除了在导压管上有加温作用，对低温容器的温度变化无任何影响。因此温度补偿器能解决导压管中的汽-液问题，压力得到稳定。无论环境温度、容器内液面的大幅度变化，对液面测量系统都不会造成影响。这样有效保证空分设备长期稳定运行。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (4)

1、一种空分装置液体容器的液位测量系统，该测量系统包括差压变送器、负压采样阀、负压导压管、正压采样阀、正压导压管，

所述的负压导压管通过负压采样阀连接于液体容器与差压变送器之间，

所述的正压导压管通过正压采样阀连接于液体容器与差压变送器之间，

其特征在于：

该测量系统还包括温度补偿装置，温度补偿装置串接于差压变送器与液体容器之间的正压导压管的管路中。

2、如权利要求1空分装置液体容器的液位测量系统，

其特征在于：

所述的温度补偿装置包括加热器、温度控制器，加热器对经过正压导压管的液体进行加热，温度控制器对加热器的温度进行控制。

3、如权利要求2空分装置液体容器的液位测量系统，

其特征在于：

所述的加热器为一电加热器，加热器中还包括测温元件。

4、如权利要求2空分装置液体容器的液位测量系统，

其特征在于：

所述的温度控制器包括放大器单元、温度设定单元、调节输出回路，放大器单元根据加热器的测温元件输出的温度信号进行放大，并与温度设定单元的温度设定值共同送到调节输出回路进行处理和控制。

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