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怎樣借助液位變送器進(jìn)行液位式稱(chēng)重

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本文主要闡述的是儲(chǔ)罐稱(chēng)重方法在工業(yè)生產(chǎn)中的作用，以及儲(chǔ)罐稱(chēng)重計(jì)量技術(shù)應(yīng)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(jìn)行液位式的稱(chēng)重，重點(diǎn)就是通過(guò)介紹液位式稱(chēng)重方法的原理、選型、安裝和使用注意事項(xiàng)。
　　隨著微電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，計(jì)量?jī)x表也在不斷地更新?lián)Q代，煉油、化工、造紙、釀造等行業(yè)的立式儲(chǔ)罐稱(chēng)重方案，也由早期的浮標(biāo)式物位儀表到氣壓式儲(chǔ)罐稱(chēng)重儀，再到儲(chǔ)罐稱(chēng)重模塊的應(yīng)用，逐漸的為企業(yè)現(xiàn)代化管理的需要提供著重要數(shù)據(jù)信息。立式儲(chǔ)罐中液態(tài)物料、半成品、成品貯量數(shù)據(jù)的應(yīng)用也越來(lái)越受到廣泛重視，為企業(yè)在安全、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理決策中提供了準(zhǔn)確而快速的信息。那么企業(yè)如何根據(jù)各自的管理需求，選用經(jīng)濟(jì)適用的稱(chēng)重方案，也是大多數(shù)企業(yè)常遇到的問(wèn)題，下面本文僅對(duì)立式儲(chǔ)罐的稱(chēng)重計(jì)量大致的發(fā)展概況和液位式稱(chēng)重方法的應(yīng)用，做一個(gè)回顧和應(yīng)用的體會(huì)。
　　1 立式儲(chǔ)罐貯量計(jì)量概況
　　1)浮標(biāo)式物位計(jì)方法，通常使用的鋼帶式液位計(jì)或自制的浮標(biāo)液位計(jì)，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(chǔ)罐的液態(tài)物位狀況，使用崗位根據(jù)指針或線(xiàn)墜掛砣位置，再單另標(biāo)注液態(tài)物料重量刻線(xiàn)。這種計(jì)量方式已不適用于現(xiàn)代要求，特別是在溫差變化大的環(huán)境下精度差，施工現(xiàn)場(chǎng)安裝麻煩，現(xiàn)已淘汰。
　　2)氣壓式儲(chǔ)罐稱(chēng)重儀，在九十年代初開(kāi)始逐漸廣泛使用的方法，由鐘罩、氣壓式一次表和專(zhuān)用二次儀表組成。此種方法對(duì)解決立式儲(chǔ)罐的稱(chēng)重計(jì)量問(wèn)題有了很大的改變，計(jì)量準(zhǔn)確性較高，但此種方案配置設(shè)施較多，對(duì)氣源質(zhì)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(chēng)重精度，很多使用單位就因?yàn)闅饷苄圆缓脤?dǎo)致不能正常稱(chēng)重，另外二次儀表接地和防電磁干擾都要求有措施，整體計(jì)量設(shè)備維護(hù)量較大，不具備傳輸功能，目前已完全被淘汰。
　　3)儲(chǔ)罐稱(chēng)重模塊式計(jì)量方法，這種方案有多種優(yōu)點(diǎn)，稱(chēng)重精度高，性能穩(wěn)定，傳輸功能強(qiáng)大，便于實(shí)現(xiàn)集散式系統(tǒng)控制，但對(duì)地基基礎(chǔ)要求高，安裝、檢校、調(diào)試難度較大。投入費(fèi)用較高，一套稱(chēng)重模塊二萬(wàn)元到十萬(wàn)元不等?？傮w來(lái)講，儲(chǔ)罐稱(chēng)重模塊式的計(jì)量方法是當(dāng)今主要的稱(chēng)重方法，有條件的企業(yè)單位采用此方案實(shí)施。
　　2 液位式稱(chēng)重裝置的原理、選型和安裝要求
　　液位式稱(chēng)重裝置由液位變送器和通用數(shù)顯表組成，也可由液位變送器和 PLC/DCS 控制系統(tǒng)組成，此方法具有成本低、準(zhǔn)確性高、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，很適合解決中小型立式儲(chǔ)罐的稱(chēng)重計(jì)量問(wèn)題，可進(jìn)行就地/遠(yuǎn)程顯示控制，或作為企業(yè)儲(chǔ)罐貯量的及時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，安排生產(chǎn)、加強(qiáng)安全防護(hù)管理措施，起著很重要的作用。
　　1)稱(chēng)重原理。對(duì)于立式儲(chǔ)罐來(lái)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(chǔ)罐貯量公斤、噸(kg、t)
　　S———立式儲(chǔ)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(chǎn)生的靜壓進(jìn)行測(cè)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(hào)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(shù)
　　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(chǔ)罐的貯量W與液位變送器的輸出成正比，因此通過(guò)液位變送器的模擬信號(hào)輸出來(lái)反映立式儲(chǔ)罐的貯量是可行的，將輸出信號(hào)通過(guò)二次儀表、PLC/DCS 控制系統(tǒng)顯示為貯量就變得很方便實(shí)用。
　　2)液位變送器的選型。稱(chēng)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(chǔ)罐的總高度確定，如 4m 高度的立式儲(chǔ)罐，選定量程為(0~40)kPa。精度的選定，可根據(jù)適用的原則來(lái)確定，如儲(chǔ)罐比較集中的罐區(qū)，僅僅是為了大致了解貯量，為防止打料入罐冒料，核實(shí)留存余量，選用 0.5 級(jí)就能滿(mǎn)足使用;如果企業(yè)內(nèi)部物料交接、核算使用的可選用 0.25 級(jí);當(dāng)用于投料生產(chǎn)的小型立式儲(chǔ)罐(≤15t)，則一定要選用 0.1 級(jí)以上，才能達(dá)到投料生產(chǎn)允許誤差的要求。
　　對(duì)于敞口浮頂立式儲(chǔ)罐，液位變送器傳感器結(jié)構(gòu)選用插入式、單法蘭式;密閉式儲(chǔ)罐必須選用雙法蘭液位變送器。
　　3)數(shù)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(jí)或 0.2 級(jí) 數(shù)字控制儀表，PLC 可選模擬量 I/O，電壓 24VDC 模塊。如果現(xiàn)場(chǎng)是防爆環(huán)境，按其環(huán)境安全防爆等級(jí)選用相應(yīng)的或較高防爆等級(jí)儀表;也可選用具有防爆資質(zhì)廠家的帶顯示窗防爆箱，箱內(nèi)安裝數(shù)字儀表。
　　4)液位變送器的安裝。液位變送器一般適合易結(jié)晶、高粘度、易沉淀、強(qiáng)腐蝕等介質(zhì)，因此，要根據(jù)介質(zhì)的特性來(lái)確定安裝方案，安裝位置不正確會(huì)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(cè)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(dāng)沉淀較嚴(yán)重可適當(dāng)調(diào)整水平位置高度;如果介質(zhì)溫度偏高或偏低則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整插入深度。
　　5)液位式稱(chēng)重裝置接線(xiàn)圖及校準(zhǔn)記錄表
　　(1)裝置采用二線(xiàn)制連接方式，為使裝置在長(zhǎng)距離傳輸可靠運(yùn)行，線(xiàn)路敷設(shè) RVVP3×1 屏蔽信號(hào)線(xiàn)，傳輸距離一般不超過(guò) 1km。接線(xiàn)如圖 2 所示。

　　(2)校準(zhǔn)裝置采用量程為(0~60)kPa、0.05 級(jí)數(shù)字壓力表，氣壓式校驗(yàn)臺(tái)，在校準(zhǔn)過(guò)程中必須保證氣壓輸出管路氣密性良好，打壓后觀察標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字壓力表無(wú)掉落數(shù)字現(xiàn)象即可。以 2m 立式儲(chǔ)罐，介質(zhì)是油酸為例，校準(zhǔn)記錄見(jiàn)表 1：

　　3 液位式稱(chēng)重裝置使用中應(yīng)注意的問(wèn)題液位式稱(chēng)重裝置比較適合環(huán)境條件較差，地基基礎(chǔ)不高的場(chǎng)合，但在技術(shù)上的使用還是有一定的要求的，經(jīng)過(guò)筆者近幾年的使用，總結(jié)出以下幾點(diǎn)的體會(huì)，僅供參考使用。
　　1)介質(zhì)溫度要控制好，不易過(guò)高。對(duì)于易揮發(fā)溶劑來(lái)講，溫度盡量要低，這樣既可保證安全性，又可防止儲(chǔ)罐內(nèi)溶劑氣相壓力增加而使單法蘭變送器測(cè)量值偏高，否則，氣相壓力不能消除則需安裝雙法蘭進(jìn)行稱(chēng)重。對(duì)易結(jié)晶、粘度高的介質(zhì)溫度則要偏高于常溫狀態(tài)，可提高傳感器膜片對(duì)靜壓的反應(yīng)速度，增加介質(zhì)的流動(dòng)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(gè)高度，如果是氣壓測(cè)量，高度不受影響，而液壓測(cè)量，其線(xiàn)性就有一定的不確定性。一般將剛好沒(méi)入傳感器膜片的液位設(shè)為非常低位置，此時(shí)的顯示數(shù)據(jù)為底數(shù)，與入料、放料后顯示數(shù)據(jù)的差值即為入放料的實(shí)際重量。
　　3)對(duì)于易沉淀或雜質(zhì)較多的物料，在輸送管路上應(yīng)配置 U 型過(guò)濾器，將雜質(zhì)過(guò)濾掉，并定期清理過(guò)濾網(wǎng);液位變送器應(yīng)盡量不貼罐底安裝，而應(yīng)讓傳感器膜片中心位置距罐底(80~100)mm。罐底清理的同時(shí)，液位變送器則一定要保證安排半年檢定/校準(zhǔn)一次，以確保其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

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