怎樣借助液位變送器進行液位式稱重

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本文主要闡述的是儲罐稱重方法在工業生產中的作用，以及儲罐稱重計量技術應用的大概歷程是什么樣子的，也就是怎么借助液位變送器進行液位式的稱重，重點就是通過介紹液位式稱重方法的原理、選型、安裝和使用注意事項。
　　隨著微電子技術和通信技術的發展，計量儀表也在不斷地更新換代，煉油、化工、造紙、釀造等行業的立式儲罐稱重方案，也由早期的浮標式物位儀表到氣壓式儲罐稱重儀，再到儲罐稱重模塊的應用，逐漸的為企業現代化管理的需要提供著重要數據信息。立式儲罐中液態物料、半成品、成品貯量數據的應用也越來越受到廣泛重視，為企業在安全、生產、經營管理決策中提供了準確而快速的信息。那么企業如何根據各自的管理需求，選用經濟適用的稱重方案，也是大多數企業常遇到的問題，下面本文僅對立式儲罐的稱重計量大致的發展概況和液位式稱重方法的應用，做一個回顧和應用的體會。
　　1 立式儲罐貯量計量概況
　　1)浮標式物位計方法，通常使用的鋼帶式液位計或自制的浮標液位計，由浮球、鋼帶和表頭三部分組成，此種方法在九十年代之前使用較多，能直觀地反映出儲罐的液態物位狀況，使用崗位根據指針或線墜掛砣位置，再單另標注液態物料重量刻線。這種計量方式已不適用于現代要求，特別是在溫差變化大的環境下精度差，施工現場安裝麻煩，現已淘汰。
　　2)氣壓式儲罐稱重儀，在九十年代初開始逐漸廣泛使用的方法，由鐘罩、氣壓式一次表和專用二次儀表組成。此種方法對解決立式儲罐的稱重計量問題有了很大的改變，計量準確性較高，但此種方案配置設施較多，對氣源質量要求高，尤其是從鐘罩至一次儀表的氣路的氣密性要求很高，直接影響到稱重精度，很多使用單位就因為氣密性不好導致不能正常稱重，另外二次儀表接地和防電磁干擾都要求有措施，整體計量設備維護量較大，不具備傳輸功能，目前已完全被淘汰。
　　3)儲罐稱重模塊式計量方法，這種方案有多種優點，稱重精度高，性能穩定，傳輸功能強大，便于實現集散式系統控制，但對地基基礎要求高，安裝、檢校、調試難度較大。投入費用較高，一套稱重模塊二萬元到十萬元不等。總體來講，儲罐稱重模塊式的計量方法是當今主要的稱重方法，有條件的企業單位采用此方案實施。
　　2 液位式稱重裝置的原理、選型和安裝要求
　　液位式稱重裝置由液位變送器和通用數顯表組成，也可由液位變送器和 PLC/DCS 控制系統組成，此方法具有成本低、準確性高、便于數據傳輸等優點，很適合解決中小型立式儲罐的稱重計量問題，可進行就地/遠程顯示控制，或作為企業儲罐貯量的及時監控系統，安排生產、加強安全防護管理措施，起著很重要的作用。
　　1)稱重原理。對于立式儲罐來講，在某一液位高度 h 下的貯量，如圖 1 所示，其貯量為

　　W=S·h·ρ
　　W———立式儲罐貯量公斤、噸(kg、t)
　　S———立式儲罐底面積平方米 (㎡)
　　h———液體高度米 (m)
　　ρ———液體密度(kg/m3)
　　液位變送器是將不同密度的液體在變化的液位高度下所產生的靜壓進行測量，其靜壓與液位高度成正比，即
　　P=h·ρ P———液體靜壓 (Pa、kPa)帕、千帕
　　h———液體高度 (m) 米
　　ρ———液體密度 (kg/m3)千克/立方米
　　由于液位變送器的液位高度h與輸出信號Ι成正比，所以
　　h=k·Ι h———液體高度 (m) 米
　　k———液位高度與電流比例系數
　　其中 s、k、ρ 均為常熟，因此①式可以變換成
　　W=S·k·Ι·ρ=k′·I
　　即儲罐的貯量W與液位變送器的輸出成正比，因此通過液位變送器的模擬信號輸出來反映立式儲罐的貯量是可行的，將輸出信號通過二次儀表、PLC/DCS 控制系統顯示為貯量就變得很方便實用。
　　2)液位變送器的選型。稱重裝置的液位變送器的選型，一般主要有量程和精度的要求。量程可直接按立式儲罐的總高度確定，如 4m 高度的立式儲罐，選定量程為(0~40)kPa。精度的選定，可根據適用的原則來確定，如儲罐比較集中的罐區，僅僅是為了大致了解貯量，為防止打料入罐冒料，核實留存余量，選用 0.5 級就能滿足使用;如果企業內部物料交接、核算使用的可選用 0.25 級;當用于投料生產的小型立式儲罐(≤15t)，則一定要選用 0.1 級以上，才能達到投料生產允許誤差的要求。
　　對于敞口浮頂立式儲罐，液位變送器傳感器結構選用插入式、單法蘭式;密閉式儲罐必須選用雙法蘭液位變送器。
　　3)數字顯示控制儀表、PLC/DCS 輸入模塊的選型。通常情況下選用具有(4~20)mA 輸入、24VDC輸出功能的 0.5 級或 0.2 級數字控制儀表，PLC 可選模擬量 I/O，電壓 24VDC 模塊。如果現場是防爆環境，按其環境安全防爆等級選用相應的或較高防爆等級儀表;也可選用具有防爆資質廠家的帶顯示窗防爆箱，箱內安裝數字儀表。
　　4)液位變送器的安裝。液位變送器一般適合易結晶、高粘度、易沉淀、強腐蝕等介質，因此，要根據介質的特性來確定安裝方案，安裝位置不正確會直接影響到使用效果。安裝位置通常和罐出口管道在一水平位置，或在罐側非常低水平位置，不得高于出口管道，盡量選用插入式。插入式傳感器可避免前方氣泡、沉淀雜物的影響，當沉淀較嚴重可適當調整水平位置高度;如果介質溫度偏高或偏低則應適當調整插入深度。
　　5)液位式稱重裝置接線圖及校準記錄表
　　(1)裝置采用二線制連接方式，為使裝置在長距離傳輸可靠運行，線路敷設 RVVP3×1 屏蔽信號線，傳輸距離一般不超過 1km。接線如圖 2 所示。

　　(2)校準裝置采用量程為(0~60)kPa、0.05 級數字壓力表，氣壓式校驗臺，在校準過程中必須保證氣壓輸出管路氣密性良好，打壓后觀察標準數字壓力表無掉落數字現象即可。以 2m 立式儲罐，介質是油酸為例，校準記錄見表 1：

　　3 液位式稱重裝置使用中應注意的問題液位式稱重裝置比較適合環境條件較差，地基基礎不高的場合，但在技術上的使用還是有一定的要求的，經過筆者近幾年的使用，總結出以下幾點的體會，僅供參考使用。
　　1)介質溫度要控制好，不易過高。對于易揮發溶劑來講，溫度盡量要低，這樣既可保證安全性，又可防止儲罐內溶劑氣相壓力增加而使單法蘭變送器測量值偏高，否則，氣相壓力不能消除則需安裝雙法蘭進行稱重。對易結晶、粘度高的介質溫度則要偏高于常溫狀態，可提高傳感器膜片對靜壓的反應速度，增加介質的流動性。
　　2)液位變送器傳感器有平膜式和插入式，在其豎直徑向上有個高度，如果是氣壓測量，高度不受影響，而液壓測量，其線性就有一定的不確定性。一般將剛好沒入傳感器膜片的液位設為非常低位置，此時的顯示數據為底數，與入料、放料后顯示數據的差值即為入放料的實際重量。
　　3)對于易沉淀或雜質較多的物料，在輸送管路上應配置 U 型過濾器，將雜質過濾掉，并定期清理過濾網;液位變送器應盡量不貼罐底安裝，而應讓傳感器膜片中心位置距罐底(80~100)mm。罐底清理的同時，液位變送器則一定要保證安排半年檢定/校準一次，以確保其準確性和穩定性。

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