带压大容量储存容器液位测量方案分析

    1　引　言

    本文所指带压大容量储存容器是指石油化工、化学工业等行业中用于储存液化石油气(LPG)的球形罐、圆柱拱形罐,用于储存液化天然气(LNG)的低温球形罐、低温圆柱拱形罐,用于储存新型清洁燃料的二甲醚(DME)球形罐以及用于储存液氨(LA)的卧式圆柱形储罐等。

    这些容器的容量大、数量多、造价高,常见的设备容积多在1 000~10 000 m3,液位测量高度约在5~20 m,单台设备造价在数百万到数千万元,每个企业拥有的储罐数量从几台到数十台。容器储存的介质易燃、易爆或有毒、有害,容器带压工作,介质温度多为常温或低温。

    针对上述容器的特殊性,本文运用“工程寿命周期经济成本分析法”,对带压大容量储存容器的不同液位测量方案进行分析、比较,以便为设计人员和决策者提供一条带压大容量储存容器液位测量方案选择的适宜可行的技术途径。

    2　带压大容量储存容器液位测量方案分析

    2.1　充装介质特性

    本文提及的带压大容量储存容器,其中的石油气、天然气、二甲醚、氨等介质在常温常压下均为气相,为了储存更多产品,通常的做法是将需要储存的介质加压液化,使其储存压力达到设定温度下的饱和蒸气压,因此在储罐中的储存介质为气-液两相,并处于平衡状态。当储存介质由液态变为气相时,需要从外界吸收大量热量,介质从液相变为气态的相变过程非常剧烈,体积膨胀速率很高(如20℃时的液氨比容约为1. 6 L/kg,而相同温度下的气氨比容则超过1 300 L/kg),会使储存容器内的压力迅速上升。为此,在储存容器充装初期,切不可因为容器内液位较低,液位计没有读数而快速充装介质,否则极易因为充入的液体介质急剧汽化,迅速、大量吸热,造成容器局部冻裂,严重时可能导致安全事故发生。而在储存容器充装末期,如果充装超过设计最高限度,当外界温度升高时,容器内的介质会不断汽化,气相介质体积膨胀,使容器内压力不断升高,当容器超压泄放时,可能会将容器中的液体介质带出,使储罐周围存在安全隐患,引发安全事故。

    因此,科学合理地设计、选择带压大容量储存容器的液位测量方案,对于保障设备长周期、安全、稳定运行非常重要。

    2.2　液位测量方法简介

    工业生产中,液位测量方法很多,可供选择的液位仪表的种类和规格也很多。但能够满足测量量程很大的液位测量方法却不太多,目前主要有静压差法、射频导纳法、超声波法、放射线法、浮力平衡法和雷达法等,各种测量方法简要介绍如下: