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把握大勢 · 以科技強企業摘要：闡述了天然氣集輸及處理站場中幾種典型液位計的基本原理、特點和典型配置，以及在天然氣集輸及處理站場中的應用，在幾種液位計進行比較后，以延長氣田天然氣地面集輸工程中集氣站和天然氣凈化廠的設計為例，簡要分析了液位計的選型和應用。
關鍵詞：液位測量；磁翻板；磁致伸縮；雙法蘭；液位計；變送器
0引言
隨著國內天然氣氣源的陸續開發，在天然氣集輸及處理工程中，天然氣集氣處理站、凈化廠內工藝設備所用的液位測量儀表選型，種類越來越多樣化。
液位儀表的檢測對象復雜、測量范圍變化大，需要考慮測量工況、儀表精度、介質物性、用戶的要求和習慣、性能價格比等因素。天然氣設備及裝置具有高壓、腐蝕性強、易燃易爆等特點，對于這種情況，重點應考慮液位儀表的測量范圍、介質的腐蝕性、儀表的穩定性、儀表的維護量等問題。下面以延長氣田天然氣地面集輸工程的設計為例，就磁翻板液位計、磁致伸縮液位計和雙法蘭液位變送器的設計和選型應用做簡要分析。
磁翻板液位計是旁通管道式液體測量原理，由磁翻板和浮子兩部分組成。與容器相連的測量管（用非導磁的金屬制成）內裝帶磁鋼的浮子，翻板指示標尺貼著測量管壁安裝。當液位上升或下降時，浮子也隨之升降，標尺中的翻板受到浮子內磁鋼的吸引而翻轉，從而指示出液位的高度。
磁翻板液位計作為浮力式液位計，主要技術性能和參數如下：
1）測量范圍：500~6000mm。
2）精度：±10mm（就地顯示）。
3）翻板指示刻度直觀醒目。
4）翻板指示與介質充分隔離，密封性好。
5）可以配備報警開關和信號遠傳裝置，前者做高低報警用，后者可將液位轉換成4~20mA電流信號送到接收儀表。
2磁致伸縮液位計
磁致伸縮液位計的測量過程由電流脈沖來啟動。該電流脈沖沿著磁致伸縮線產生軸向磁場，磁致伸縮線由具有磁致伸縮特性材料制成，它在測量管內始終處于工作狀態。測量管外在液體表面的浮子中裝有永久磁鐵。當電子脈沖發生器產生導波脈沖沿著磁致伸縮線與浮子中永久磁鐵磁場相互作用時，產生瞬時扭曲波力。扭曲波力在磁致伸縮線中受到感應，在項端處的變換器將此轉換成電流（4~20mA）信號。通過測量經過的時間，可測定扭曲波力的始點，由此可精確測定浮子的位置。
磁致伸縮液位計作為一種新興的測量儀表，主要技術性能和參數如下：
1）測量范圍：對剛性測量管，不大于6m：對柔性測量管，范圍在3.5~20m之間。
2）精度高。分辨率高于0.01%，最小1mm。
3）無需實標和重新校驗，只需按按鈕或者使用HART協議。
4）無機械可動部分，故無摩擦、無磨損，使用壽命長。
5）安裝簡單，易于維護。
6）可輸出4~20mA模擬量或數字量等遠傳信號，帶HART協議或RS-485通信接口。
7）可現場替換差壓式，電容式，超聲波式，雷達式，外浮筒式，鋼帶或鋼帶伺服式等液位變送器。
雙法蘭液位變送器屬于差壓式液位計，變送器傳送4~20mA標準信號（帶HART），24V直流供電。將液位變送器的正壓室與容器下部相連，將負壓室與容器的氣相空間相連，以平衡氣相壓力的靜壓作用。變送器法蘭直接與容器上法蘭連接，測量元件（金屬膜盒）經毛細管與變送器的測量室相通。在膜盒、毛細管和測量室內充有硅油，作為傳壓介質，并使被測介質不進入毛細管與變送器，以免堵塞。
根據流體力學的原理，測得差壓：
△P=P2-PI1=pHgH=△P/Pg
式中：△P-測得差壓，p-介質密度，H-液位高度。
被測介質的密度已知，由上式可知，壓差與液位高度成正比，這樣就把測量液位高度轉換為測量差壓。
雙法蘭液位變送器作為一種傳統的液位測量儀表，主要技術性能和參數如下：
1）精度：常規為調校量程的0.1%，可達0.05%。
2）結構簡單，精度較高。
3）調試簡單，穩定性好。
4）通過毛細管里的硅油進行隔離，適用于測量腐蝕或粘稠介質。
4液位計的對比分析
4.1磁翻板液位計和磁致伸縮液位計兩種液位計都是利用物體在液體中的浮力來實現液位測量。
磁翻板液位計與變浮力（浮筒）液位計、靜壓法（差壓）液位計、電特性（電容、射頻導納）液位計相比，不受介質特性改變影響，可準確指示液體表面位置：但不能克服“虛假”
液位的影響。與其它類型（雷達、射線）液位計相比有極大的價格優勢：但耐用性較差。與直接指示類（玻璃管、雙色）液位計相比具有指示清晰的特點：但容易產生失磁使指示失效。
磁致伸縮液位計與傳統定浮力液位計所用的干簧管列陣轉換相比，具有元件數量少，故障低，維修簡單，轉換連續性好的特點：但價格高。
4.2磁致伸縮液位計和雙法蘭液位變送器
1）原理比較
磁致伸縮液位計屬純電子產品原理。基本不隨壓力、組分及比重等變化而受影響，故非常準確且穩定。
雙法蘭液位變送器為差壓原理，默認被測介質比重不變。
2）結構比較
磁致伸縮液位計無機械傳動部件，主要替換部件為電子模塊，可靠性高。
雙法蘭液位變送器常規產品結構簡單，無任何可動或彈性元件，可靠性高。若配引壓管或毛細管，需要一定的維護。
3）調試標定
磁致伸縮液位計無需現場實物標定，通過電子模塊上的按鍵可以實現，無需定期標定。
雙法蘭液位變送器調試相對簡易，可在液位檢測范圍內任意進行零點或量程的改變。但存在零位漂移現象，需定期標定。
4）應用比較
磁致伸縮液位計基本不受比重的影響。在最小比重確定的情況下，可長期保持穩定精確的測量。但容易受靜電放電、射頻電磁場輻射、電涌沖擊和工頻磁場等的影響。
雙法蘭液位變送器適用面廣泛，可用于高溫高壓、高粘度、強腐蝕性的工況，但受比重變化影響大。
5）經濟性分析
磁致伸縮液位計一次性采購成本較高，但無需實物標定和定期標定，其調試成本較低：
無機械可動部件，維護成本低。
雙法蘭液位變送器一次性采購成本較低，適用于常規場合，但開車運行備件多，后期運行也需要備件。
5液位計的選擇和應用
5.1設計時的注意事項，
1）磁翻板液位計和磁致伸縮液位計
a.當液位計處于干擾強的磁場環境下時，浮子受的磁場力會疊加而導致消磁。所以，儀表安裝應遠離強磁場環境。同時，液位計傳輸信號電纜應遠離電壓等級高的電力電纜，并保證信號線屏蔽層接地良好，液位計本身也需要做好接地。
b.在電涌沖擊等干擾性的場合，可在現場儀表一端加裝電涌保護器或防雷端子板。
c..當用于測量界面時，兩種介質的密度應恒定，且相對密度差不應小于0.2。
d.磁翻板液位計適用于精度要求不高的設備就地液位測量。
2）雙法蘭液位變送器
雙法蘭液位變送器在生產的時候經常需要進行特殊環境的工藝處理，并要求耐高溫、耐腐蝕以及高過載承受能力，所以在選型的時候一定要明確適用范圍。
a、對于有腐蝕性的介質，要注意變送器檢測元件的材質選擇，可選擇316不銹鋼、哈氏合金或鎳基合金等。
b、粘稠性液體、結晶性液體、結膠性液體、沉淀性液體、含懸浮物液體及易凝固液體的液位測量，宜選用插入式法蘭液位變送器。
c、當用于測量界面時，兩種介質的密度應恒定，且相對密度差不應小于0.1。另外，上部介質的上液面應始終高于上部取壓口。
d、對于在環境溫度下，液相可能汽化、氣相可能冷凝或氣相有液體分離的工藝介質，應根據具體情況分別設置隔離器、分離器、汽化器、平衡容器等部件或對測量管線伴熱、絕熱保溫。
e、由于密度變化直接影響到測量結果，所以適用于密度比較穩定的過程。
5.2液位計的選擇和應用
延長氣田天然氣地面集輸工程為產能建設項目，井口采氣輸送至集氣站，在集氣站實現氣液分離、天然氣計量并外輸至凈化廠，于凈化廠對濕原料氣進行MDEA脫碳、三甘醇脫水處理后得到干凈化氣，達到二類氣標準后進入長輸管線進行輸送。
集氣站內設備主要有分水包、甲醇儲罐、火炬分液罐、生產分離器和污水罐等，介質成分主要是天然氣和污水混合物，或者含甲醇污水，介質溫度均不高于50℃，壓力最高6.3MPa，且介質無腐蝕性：凈化廠內設備主要有原料氣分離器、聚結過濾器、MDEA吸收塔、MDEA溶液儲罐、儀表風儲罐、火炬分液罐、消防水罐等，介質成分主要是含油污水、MDEA溶液、天然氣凝液、輕烴、酸水等，介質溫度均不高于100℃，壓力最高6.3MPa，個別介質有較輕的腐蝕性。
根據以上介質的條件，以及工藝檢測和控制的要求，液位計分別選擇如下：
1）對集氣站內的分水包、甲醇儲罐、火炬分液罐等設備，介質溫度不高，壓力較低，無腐蝕性，工藝要求液位進行就地顯示。根據延長一期的應用經驗和業主要求，選擇玻璃板液位計作為液位就地指示儀表。玻璃板液位計為直接式液位測量儀表，現場觀察方便。應用實踐證明，在潔凈介質的液位測量上效果較好，且價格較低，得到了用戶的認可。
2）對集氣站內的生產分離器和污水罐等設備，介質溫度都在30℃以下，壓力最高6.3MPa，工藝要求液位就地顯示，并將信號遠傳至控制系統進行監測和控制，選擇磁致伸縮液位計進行檢測遠傳，配套磁翻板進行就地指示。就地和遠傳儀表合二為一，既滿足了工藝要求，又降低了投資。且磁致伸縮液位計精度高，滿足控制的要求。磁致伸縮液位計安裝完成，進行調試后，維護工作量較小。且操作人員不直接接觸設備，減少了操作人員和危險介質接觸的機會，綜合費用低，性價比高。
3）對凈化廠內的設備，因設備種類較多，介質密度相對穩定，液位高度差別較大，以及安裝形式的不同，選擇磁翻板液位計作為液位就地指示儀表，選擇雙法蘭液位變送器作為液位檢測遠傳儀表。對于個別有輕微腐蝕性的介質，接液材質選擇316或316L不銹鋼。磁翻板液位計雖然精度不高，但結構簡單，用作就地指示型液位儀表，觀察方便，維護工作量少。雙法蘭液位變送器結構簡單，適用范圍廣泛，安裝和運輸都比較方便，且精度較高，滿足檢測和控制的要求。凈化廠大多數液位計盡量考慮同一種類型，有助于儀表的后期標定和維護。
6結束語
綜上所述，液位計發展到今天雖然已經日趨成熟，但每種液位計都有自己的優缺點和不同的適用范圍。設計選型時，要根據不同的工況，從儀表的測量范圍、穩定性、介質腐蝕性、維護量以及經濟成本等多角度分析，同時，要考慮到用戶的要求和使用習慣，選擇合適的液位儀表，從而提高設計質量和測量精度。相信隨著科技的發展和經驗的積累，各種液位測量技術將會越來越成熟。
