新型油水界面测量系统设计和使用

    0　引　言

    油罐液位的测量方法分为直接测量与间接测量法。直接测量法即人工测量法,是利用计量工具直接测取液位。如石油储运系统用的人工量油尺,浮子钢带式直读液位表,磁性翻版液位仪等。间接测量法是利用传感元件测出与液位有关的信号后,再利用电量的转换得到所测液位值。此种测量方法较为复杂,成本高,但可大大降低劳动强度,能有效及时地避免溢罐等安全事故的发生,容易实现储罐区自动化管理。

    目前油库液位仪表种类繁杂,先进程度不一,质量不齐,精度较低。近年引进了雷达液位仪,应用于容量较大的储罐液位测量,但是价格昂贵,并且测量油水界面比较困难。采用压力传感器差压式测量,精度低,油水界面测量精度更低,而且传感器校准很困难。

    为了克服现有的问题,新型油水界面测量系统采用如下技术方案:利用阿基米德浮力定律,设计浮力液位测量棒,其所受浮力与浸液深度及液体的密度成正比。如果正好没入两种液体的界面之间(如油水界面),则为排开各自比例两种液体质量之和。通过实时检测测量棒所受的浮力计算出液位、油水界面及液体密度。

    1　系统组成

    油水双液体、单一液体储罐液位测量如图1,图2所示。

    1.1　浮力测量传感器(测量棒)

    如果测量液体界面(如油水界面),则由若干支长度及截面相等的测量棒依次接力悬挂(见图1)。如果储罐是单一液体则可以使用一支长测量棒(见图2)。

    测量棒材料可以是聚四氟,聚甲醛棒,或两端封闭的不锈钢管,其自重略大于排水质量即可。例如聚甲醛材料,密度约为1.45 g/ml,选用直径30 mm材料作测量棒,如长度为2.0 m,总质量为2 049 g,其排水质量为1 413 g。两者质量很接近,因此可以有很高的灵敏度和分辨率。

    1.2　称重传感器

    称重传感器量程一般是0~2.5 kg或0~5 kg。由测量棒的质量决定,如1.1中举例的聚甲醛材料,则宜选用量程为2.5 kg的称重传感器。

    传感器将信号(一般为2 mV/V)转换成嵌入式或PLC所接受的信号,如4~20 mA,0~5 V,0~10 V等。部分传感器厂家可以直接提供4~20 mA信号变送器,使用者也可以自己设计制造转换电路,以适应特殊要求。有些PLC厂家的AI输入量程可选为100 mV,从而放大电路仅用一级仪器运放即可完成转换。

    1.3　嵌入式单片机或PLC

    开发嵌入式单片机可以选用多通道模拟输入型,其A/D转换分辨能力到12 bit比较好,如分辨能力到10 bit也可以满足一些单一液体的测量,测量油水界面则分辨能力不会高过10 cm。

    系统可以采用PLC作数据采集计算及结果远传,很多PLC的A/D转换分辨能力达到16 bit,接受4~20 mA,0~5 V,0~10 V等信号形式,且可以作比较复杂的控制计算,PLC多采用Modbus通信标准,从而结果通过PLC内置串行口远传至控制室的SCADA系统。