專利名稱：空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及對(duì)石油、化工等容器中的液位測(cè)量，更具體地指一種空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油、化工、醫(yī)藥、能源等行業(yè)中，對(duì)容器內(nèi)的液位測(cè)量是一項(xiàng)重要的工藝監(jiān)控點(diǎn)。在液位測(cè)量的眾多方法中，采用差壓式變送器測(cè)量液位是目前應(yīng)用最為廣泛的一種。差壓式變送器檢測(cè)液位的主要工作原理是測(cè)量容器內(nèi)液位高度H相對(duì)于容器底部的壓力差，根據(jù)該壓差ΔP＝γgH，通過(guò)差壓變送器轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)(4～20mA)輸出，根據(jù)該信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的測(cè)量顯示和控制。見圖1。
但是這種測(cè)量方法，應(yīng)用于空分裝置冷箱內(nèi)高低壓塔、氬塔低溫介質(zhì)的液位測(cè)量時(shí)，就存在許多測(cè)量問題，液面產(chǎn)生波動(dòng)，無(wú)法控制，無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定，影響了空分裝置測(cè)量和控制、空分優(yōu)化操作。
空分裝置中的高低壓塔，精餾塔，氬塔內(nèi)的工藝介質(zhì)都是低溫的氧、氮、氬液體，溫度一般穩(wěn)定在-190℃～-197℃之間。
根據(jù)圖1知道，液位計(jì)算如下ΔP＝P+-P-＝[h×g×γ液+(L-h×g×γ汽)+P2]-P2h-液面高度；L-容器液面檢測(cè)導(dǎo)壓管高度差；γ液、γ汽-容器介質(zhì)液態(tài)、氣態(tài)密度；P2-容器氣態(tài)內(nèi)壓。
由于介質(zhì)液態(tài)密度遠(yuǎn)大于氣態(tài)密度，因而在實(shí)際檢測(cè)中可忽略不計(jì)。故其表達(dá)式可由下式表示，ΔP＝P+-P-＝h×g×γ液ΔP即為容器液面的高度。
影響液位測(cè)量主要原因1、氣-液界面波動(dòng)空分裝置液體容器液位進(jìn)行測(cè)量時(shí)，差壓變送器的正壓側(cè)采樣來(lái)自容器的液相。低溫液體介質(zhì)在容器內(nèi)的壓力作用下，通過(guò)采樣導(dǎo)壓管向變送器傳遞。
空分裝置內(nèi)環(huán)境溫度遠(yuǎn)大于采樣管道內(nèi)部溫度，液體介質(zhì)在傳遞的過(guò)程中被汽化。液體在氣相高溫下汽化，氣體在液相低溫下液化，因此在交界面上進(jìn)行著氣液、液氣不斷地轉(zhuǎn)換演變，演變所釋放和吸收的能量以壓力波動(dòng)現(xiàn)象體現(xiàn)。交界面所產(chǎn)生的波動(dòng)壓力被傳遞到變送器的檢測(cè)元件上，變送器對(duì)空分裝置液位檢測(cè)感應(yīng)是ΔP＝γ×g×h+ΔP波由于ΔP波的附加量為不規(guī)則，且大小無(wú)定量的隨即量，因而會(huì)對(duì)檢測(cè)造成誤差。如果ΔP波足夠大時(shí)，將造成整個(gè)液面調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)失調(diào)。
2、工作溫度分布不均空分裝置容器內(nèi)液態(tài)介質(zhì)溫度很低，與周圍環(huán)境存在的溫差使其不斷向外吸熱以求平衡，在靠近空分裝置，冷箱箱體附近區(qū)域的保溫材料因受潮而降低保溫效果，容易造成變送器測(cè)量管道液體介質(zhì)工作溫度分布不均，由于容器向外散熱，變送器測(cè)量正、負(fù)壓端管子內(nèi)的液體溫度由上至下逐步降低，液體介質(zhì)分布不同，造成壓差轉(zhuǎn)換偏差，造成測(cè)量誤差。
目前，空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)都采用智能型差壓變送器和采樣管道組合控制原理，請(qǐng)參考圖2，圖中，1為差壓變送器，2為采樣閥，3為負(fù)壓導(dǎo)壓管，4為正壓導(dǎo)壓管，5為低溫液體容器，6為螺旋盤管，7為空分冷箱板。從圖2中可以看出，在空分裝置內(nèi)變送器的導(dǎo)壓管道中采用盤管6形式。
為了防止采樣導(dǎo)壓管道開裂，差壓變送器引壓管道采用二組管道方法，一根使用，另外一根備用。測(cè)量誤差采用DCS(集散控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī))理論計(jì)算補(bǔ)償方法。
這種技術(shù)存在問題是，采樣管道測(cè)量距離延長(zhǎng)，造成測(cè)量反應(yīng)滯后，同時(shí)由于管道中采用了螺旋盤管作為補(bǔ)償裝置，但是該盤管容易管道受堵，最主要不能徹底解決變送器采樣管道內(nèi)介質(zhì)氣-液界面波動(dòng)、以及介質(zhì)工作溫度分布不均管道凍裂的問題，不能真正消除實(shí)際測(cè)量誤差。此外，為了防止采樣管道堵塞和開裂采用了二組管道，其成本大大上升，問題的根本仍然沒有解決。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是針對(duì)傳統(tǒng)的空分裝置的液位測(cè)量中存在的上述問題，提供一種空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)能較好地解決空分裝置的液位測(cè)量中存在的溫度分布不均、壓力波動(dòng)和采樣導(dǎo)壓管道有可能堵塞和開裂現(xiàn)象，測(cè)量誤差大的缺點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)包括差壓變送器、負(fù)壓采樣閥、負(fù)壓導(dǎo)壓管、正壓采樣閥、正壓導(dǎo)壓管，所述的負(fù)壓導(dǎo)壓管通過(guò)負(fù)壓采樣閥連接于液體容器與差壓變送器之間，所述的正壓導(dǎo)壓管通過(guò)正壓采樣閥連接于液體容器與差壓變送器之間，該測(cè)量系統(tǒng)還包括溫度補(bǔ)償裝置，溫度補(bǔ)償裝置串接于差壓變送器與液體容器之間的正壓導(dǎo)壓管的管路中。
所述的溫度補(bǔ)償裝置包括加熱器、溫度控制器，加熱器對(duì)經(jīng)過(guò)正壓導(dǎo)壓管的液體進(jìn)行加熱，溫度控制器對(duì)加熱器的溫度進(jìn)行控制。
所述的加熱器為一電加熱器，加熱器中還包括測(cè)溫元件。
所述的溫度控制器包括放大器單元、溫度設(shè)定單元、調(diào)節(jié)輸出回路，放大器單元根據(jù)加熱器的測(cè)溫元件輸出的溫度信號(hào)進(jìn)行放大，并與溫度設(shè)定單元的溫度設(shè)定值共同送到調(diào)節(jié)輸出回路進(jìn)行處理和控制。
在本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案中，在液位測(cè)量系統(tǒng)中增加了溫度補(bǔ)償裝置，溫度補(bǔ)償裝置串接于差壓變送器與液體容器之間的正壓導(dǎo)壓管的管路中，溫度補(bǔ)償裝置能對(duì)流經(jīng)測(cè)量管道內(nèi)的液體介質(zhì)溫度進(jìn)行加熱，使其溫度分布均勻，避免由于被測(cè)容器向外散熱，以及差壓變送器測(cè)量正、負(fù)端管子內(nèi)的液體溫度由上至下逐步降低，液體介質(zhì)分布不同而造成壓差轉(zhuǎn)換偏差和測(cè)量誤差；同時(shí)，也克服了傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)中作為補(bǔ)償裝置的螺旋盤管存在的不能徹底解決變送器采樣管道內(nèi)介質(zhì)氣-液界面波動(dòng)、管道凍裂的問題，也消除了螺旋盤管容易堵塞的缺點(diǎn)。


圖1為差壓變送器液位檢測(cè)示意圖。
圖2為傳統(tǒng)的液位測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的液位測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型的液位測(cè)量系統(tǒng)中溫度補(bǔ)償方框原理示意圖。
圖5為本實(shí)用新型的溫度補(bǔ)償器的溫度控制器方框原理示意圖。
圖6為本實(shí)用新型的溫度補(bǔ)償器的加熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了能更好地理解本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
請(qǐng)參閱圖3并配合圖4所示，本實(shí)用新型的空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液位測(cè)量系統(tǒng)一樣，也包括差壓變送器1、負(fù)壓采樣閥2’、負(fù)壓導(dǎo)壓管3、正壓采樣閥2、正壓導(dǎo)壓管4，所述的負(fù)壓導(dǎo)壓管3通過(guò)負(fù)壓采樣閥2’連接于液體容器5與差壓變送器1之間，所述的正壓導(dǎo)壓管4通過(guò)正壓采樣閥2連接于被測(cè)液體容器5與差壓變送器1之間，所不同的是，本實(shí)用新型的液位測(cè)量系統(tǒng)還包括溫度補(bǔ)償裝置10，溫度補(bǔ)償裝置10包括加熱器11、溫度控制器12，加熱器11對(duì)經(jīng)過(guò)正壓導(dǎo)壓管4的液體進(jìn)行加熱，溫度控制器12對(duì)加熱器11的加熱溫度進(jìn)行控制，具體控制請(qǐng)參見圖4所示，溫度控制器12通過(guò)一開關(guān)K的導(dǎo)通與斷開來(lái)控制電源裝置13對(duì)加熱器11的供電與斷電，使加熱器11工作與否。
溫度補(bǔ)償裝置10串接于差壓變送器1與被測(cè)液體容器5之間的正壓導(dǎo)壓管4的管路中，在此，主要是指溫度補(bǔ)償裝置10的加熱器11串接在差壓變送器1與補(bǔ)測(cè)液體容器5之間的正壓導(dǎo)壓管4的管路中，加熱器11和溫度控制器12分別位于空分冷箱板7內(nèi)外的兩側(cè)，加熱器11為一電加熱器，加熱器11中還包括測(cè)溫元件。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D5所示，所述的溫度控制器12還包括放大器單元、溫度設(shè)定單元、調(diào)節(jié)回路、輸出回路，輸入信號(hào)測(cè)溫元件輸出的電信號(hào)，SV為設(shè)定值，PV為測(cè)量值。放大器單元根據(jù)加熱器的測(cè)溫元件輸出的溫度信號(hào)進(jìn)行放大，并與溫度設(shè)定單元的溫度設(shè)定值共同送到調(diào)節(jié)回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出回路將調(diào)節(jié)回路輸出的信號(hào)進(jìn)行輸出，從而控制開關(guān)K的閉合和斷開。也就是說(shuō)，溫度控制器根據(jù)設(shè)定溫度值，決定加熱器是否工作，當(dāng)控制溫度＞溫度設(shè)定值，加熱器工作，反之，加熱器停止工作，所以液位測(cè)量采樣管(導(dǎo)壓管)在加熱器的作用下，溫度一直控制工作在某一點(diǎn)。
實(shí)際上，溫度控制器12是一市面上能夠非常方便就能購(gòu)到的電子產(chǎn)品。
請(qǐng)最后再參閱圖6所示，加熱器11主要包括電熱絲111、導(dǎo)熱金屬鋁合環(huán)112、耐寒絕緣物云母外襯113和測(cè)溫元件114，測(cè)溫元件114為一測(cè)溫電阻，整個(gè)加熱器由塑膠耐溫材料制成外殼，兩邊由螺孔進(jìn)行螺栓緊固，鋁合環(huán)112的內(nèi)徑是根據(jù)導(dǎo)壓管的外徑進(jìn)行定制，鋁合環(huán)112是一半圓管套，它與與導(dǎo)壓管接觸，為增強(qiáng)導(dǎo)熱性能，中間涂抹導(dǎo)熱硅脂。
在實(shí)際測(cè)量時(shí)，本實(shí)用新型的溫度補(bǔ)償裝置10的溫度控制器12啟動(dòng)和停止受控于制氧機(jī)的起、停，被測(cè)容器液面的高低及導(dǎo)壓管內(nèi)測(cè)量溫度，即制氧機(jī)、被測(cè)容器的液面高度、導(dǎo)壓管溫度、溫度補(bǔ)償裝置四者的邏輯關(guān)系為“與”關(guān)系。
制氧機(jī)啟動(dòng)，低溫液體容器液體液面高于某個(gè)值(如30％)時(shí)，導(dǎo)壓管溫度低于某設(shè)定值時(shí)，回路接通加熱器受電加熱。當(dāng)其中某個(gè)條件不滿足時(shí)，加熱器即停止加熱。當(dāng)?shù)蜏匾后w液面達(dá)到某設(shè)定值時(shí)，導(dǎo)壓管的實(shí)際溫度作為主要的控制信號(hào)，接通加熱電源，電源裝置將交流220V電源變成低壓36V安全電壓向加熱器供電進(jìn)行加熱。加熱的熱能通過(guò)導(dǎo)熱鋁合環(huán)向被補(bǔ)償?shù)膶?dǎo)壓管傳熱，抑制導(dǎo)壓管中的氣-液的點(diǎn)遠(yuǎn)離檢測(cè)變送器，使導(dǎo)壓管中的氣相壓力穩(wěn)定，從而使測(cè)量系統(tǒng)工作穩(wěn)定。當(dāng)溫度高于設(shè)定值或容器液面低于某個(gè)值設(shè)定時(shí)，溫度控制器發(fā)出控制信號(hào)，切斷加溫電源。整個(gè)工作過(guò)程能在無(wú)人干預(yù)的全自動(dòng)狀態(tài)下完成。在溫度被償裝置的加熱器作用下，導(dǎo)壓管內(nèi)低溫液體能徹底汽化，管道內(nèi)溫度均勻，以滿足空分設(shè)備正常工況下長(zhǎng)期運(yùn)行的需要。
另外在保溫材料絕熱保溫下，加熱器的溫度不會(huì)向周圍傳遞，只能沿著導(dǎo)壓管向被測(cè)容器的采樣口作熱傳遞。由于加熱器的熱能量相對(duì)低溫容器的能量要小得多，除了在導(dǎo)壓管上有加溫作用，對(duì)低溫容器的溫度變化無(wú)任何影響。因此溫度補(bǔ)償器能解決導(dǎo)壓管中的汽-液?jiǎn)栴}，壓力得到穩(wěn)定。無(wú)論環(huán)境溫度、容器內(nèi)液面的大幅度變化，對(duì)液面測(cè)量系統(tǒng)都不會(huì)造成影響。這樣有效保證空分設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型，而并非用作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)量系統(tǒng)包括差壓變送器、負(fù)壓采樣閥、負(fù)壓導(dǎo)壓管、正壓采樣閥、正壓導(dǎo)壓管，所述的負(fù)壓導(dǎo)壓管通過(guò)負(fù)壓采樣閥連接于液體容器與差壓變送器之間，所述的正壓導(dǎo)壓管通過(guò)正壓采樣閥連接于液體容器與差壓變送器之間，其特征在于該測(cè)量系統(tǒng)還包括溫度補(bǔ)償裝置，溫度補(bǔ)償裝置串接于差壓變送器與液體容器之間的正壓導(dǎo)壓管的管路中。
2.如權(quán)利要求1空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度補(bǔ)償裝置包括加熱器、溫度控制器，加熱器對(duì)經(jīng)過(guò)正壓導(dǎo)壓管的液體進(jìn)行加熱，溫度控制器對(duì)加熱器的溫度進(jìn)行控制。
3.如權(quán)利要求2空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述的加熱器為一電加熱器，加熱器中還包括測(cè)溫元件。
4.如權(quán)利要求2空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度控制器包括放大器單元、溫度設(shè)定單元、調(diào)節(jié)輸出回路，放大器單元根據(jù)加熱器的測(cè)溫元件輸出的溫度信號(hào)進(jìn)行放大，并與溫度設(shè)定單元的溫度設(shè)定值共同送到調(diào)節(jié)輸出回路進(jìn)行處理和控制。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種空分裝置液體容器的液位測(cè)量系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的液位測(cè)量系統(tǒng)中增加了溫度補(bǔ)償裝置，溫度補(bǔ)償裝置串接于差壓變送器與液體容器之間的正壓導(dǎo)壓管的管路中，溫度補(bǔ)償裝置能對(duì)流經(jīng)測(cè)量管道內(nèi)的液體介質(zhì)溫度進(jìn)行加熱，使其溫度分布均勻，避免由于被測(cè)容器向外散熱，以及差壓變送器測(cè)量正、負(fù)端管子內(nèi)的液體溫度由上至下逐步降低，液體介質(zhì)分布不同而造成壓差轉(zhuǎn)換偏差和測(cè)量誤差；同時(shí)，也克服了傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)中作為補(bǔ)償裝置的螺旋盤管存在的不能徹底解決變送器采樣管道內(nèi)介質(zhì)氣－液界面波動(dòng)、管道凍裂的問題，也消除了螺旋盤管容易堵塞的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01F23/14GK2876725SQ200620040619
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者吳慧, 胡建平 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司