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    技术文章

    如何测量罐中两种液体之间的界面

    发布日期:2022-11-30  来源:  作者:  浏览次数:
    【导读】:想要在炼油厂罐中找到原油和水之间的界面的原因很明显:炼油厂不希望任何水进入蒸馏过程。一旦用户知道接口在哪里,他或她就可以分离出顶部原油,只留下要单独处理的水。......

     石油和天然气、化工和石化行业的常见测量是检测同一罐或容器中两种液体(例如油和水)之间的界面液位。两种液体的不同密度或比重意味着较低密度的液体将漂浮在较高密度的液体之上。在某些情况下,两种液体会完全分离,从而形成更容易检测的“清晰”界面。

     
    在其他情况下,两种液体之间将存在乳液或“抹布”层。其他界面情况包括两个以上产品之间的多个界面,或液体和固体之间的界面。在某些情况下,可能需要测量上层的厚度。
     
    为什么要测量界面?
               想要在炼油厂罐中找到原油和水之间的界面的原因很明显:炼油厂不希望任何水进入蒸馏过程。一旦用户知道接口在哪里,他或她就可以分离出顶部原油,只留下要单独处理的水。
     
               准确性在这里非常重要,因为水中的任何油都意味着产品损失,并且油中的任何水都需要额外的处理。其他产品经常出现这种情况。一个过程可能需要分离两种不同的产品,并且没有一种产品包含另一种产品的残留物。在某些应用中,分离可能不那么明显,例如水中的甲醇、柴油和绿色柴油、黑液和肥皂等。
                                                  两种基本的液位界面:两种液体之间的清晰界面(左)和两种液体之间的乳液或“碎布层”(右)。现代液位测量技术能够检测各种接口,包括多层。
     
     
    为什么要测量界面?
               想要在炼油厂罐中找到原油和水之间的界面的原因很明显:炼油厂不希望任何水进入蒸馏过程。一旦用户知道接口在哪里,他或她就可以分离出顶部原油,只留下要单独处理的水。
     
               准确性在这里非常重要,因为水中的任何油都意味着产品损失,并且油中的任何水都需要额外的处理。其他产品经常出现这种情况。一个过程可能需要分离两种不同的产品,并且没有一种产品包含另一种产品的残留物。在某些应用中,分离可能不那么明显,例如水中的甲醇、柴油和绿色柴油、黑液和肥皂等。
     
    在大多数情况下,由于产品的比重不同,产品会发生分离。即使这种差异足以导致产品分离,但作为界面测量基础的差异可能太小。控制过程需要哪些变量?是否需要整体水平值以及界面?操作员是否需要知道上层的厚度以防止单独产品的交叉污染?
     
    液位测量传感器
    不管是什么液位接口应用,一般都有一个或多个液位传感器可以解决。
     
    浮子和置换器: 浮子传感器的作用与听起来完全一样——它漂浮在液体的顶部。浮子传感器可以检测顶部液体的液位。为了检测界面,根据底部流体的比重校准的浮子传感器将漂浮在下部流体或目标流体的顶部。
     
    浮子传感器类似于浮子传感器;不同之处在于浮筒设计为完全浸没在水中运行。浮子和置换器可用于测量多种流体的液位界面。 
     
    浮子和置换器是确定与传感器的液位界面的非常简单、非常便宜的方法,但它们有两个问题:首先,它们只能用于它们被校准的特定液体;其次,如果罐中存在湍流,则可能必须安装传感器的静止井。
     
    使用浮子或置换器的另一个缺点涉及机械浮子本身。如果产品容易覆盖或粘在浮子上,就会影响浮子的重量。一旦重量发生变化,浮子坐在一种产品上的能力可能会受到影响。如果产品的比重发生变化,情况也是如此。 
     
    电容: 电容变送器有一个带涂层的杆或电缆,它延伸到罐底并测量与传感器接触的材料的电容。电容变送器的杆或电缆就像电容器的一个板,金属罐壁充当另一个板。两个板之间的任何材料都会改变探头上的读数。
     
    对于测量液体界面的电容变送器,其中一个产品必须是导电的,而另一个是非导电的。导电材料对传感器的影响是驱动读数的原因,因为非导电材料对输出的影响非常小。在界面应用中使用电容的一大优势是它不受乳液或碎布层的影响。
     
    与浮子和置换器一样,如果产品发生变化或产品的电导率发生变化,电容变送器可能会出现不准确的情况。电容只会给出一个输出,根据单元的配置方式,这将是导电介质的界面或厚度。因此,如果用户想要整体水平和界面,他或她将不得不使用两个传感器和两种不同的技术。
     
    制导雷达: 制导雷达发射器有一根杆或电缆延伸到油箱中以“引导”雷达信号。部分雷达能量将在液体表面反射并返回发射器。信号下降和返回所需的时间与到产品的距离成正比。剩余的能量穿过上部介质,并在介电发生变化的界面处反射。因此它可以为整体顶层和接口层提供输出。
     
    它不受密度影响,只要两种介质之间的介电常数 (dk) 大于 10 dk 并且任何乳液或碎布层厚度小于 2 英寸,就可以检测两种液体之间的界面。该技术在具有厚抹布层的应用中不能可靠地运行。上层介质必须具有小于 10 dk 的电介质,否则没有足够的雷达信号可以穿透它来读取界面。
     
    探头可以长达 30 英尺,并且有多种材料可供选择。这将允许在恶劣条件下运行,包括高温或低温以及腐蚀性或磨蚀性材料。导波发射器通常非常适合用于石油和天然气以及化学工业。
     
    多参数: 液位界面测量的非常新技术之一是多参数变送器,它在一根涂层棒或电缆上结合了导波雷达和电容传感器。
                                                  结合导波和电容技术,使其特别适用于测量乳剂层界面。
    发射机通常会使用制导雷达进行界面测量。如果乳剂层太厚,发射器失去界面的导波反射,它会自动切换到电容进行测量。这两种技术的使用消除了与接口级应用程序相关的许多问题。
     
    在界面应用中,电容不受乳液或破布层的影响,制导雷达允许发射器监测整体液位以及界面液位。变送器具有多回波跟踪算法,可在储罐液位上升或下降时同时跟踪多达 20 个储罐回波。这确保了变送器不会“跳跃”到不是真实水平的回波,例如内部储罐阻塞或加热器线圈。
                                                     Gamma 量规可能很昂贵,但它们可以解决困扰其他传感器的电平接口问题。
     
    伽马: 有时称为核或辐射传感器,基于伽马的系统使用核辐射来检测水平和界面。源安装在罐的一侧,并通过罐壁和过程介质发射能量。辐射由储罐另一侧的一个或多个探测器测量。
     
    当用于界面测量时,辐射能量的衰减是不同的,因为它通过不同密度的产品。多个检测器通常用于定位准确的界面位置并识别多个界面或层。软件程序可以将来自多个检测器的输出转换为多个界面和乳剂层的图形表示。图形显示了各个层的厚度和位置。
                                                           软件将探测器值转换为液位界面的图形图像
     
    用于接口应用的一些容器(例如油/水分离器)直径太大,伽马能量无法穿透整个容器。对于这些应用,可以将能量源插入容器内的静止井中,以减少能量必须传播的距离。
     
    伽马系统的优点包括自动补偿温度变化,以及不受泡沫、气体或腐蚀性材料的影响。它也是非侵入性和免维护的,可以使用多个探测器进行多相测量。
     
    缺点是成本和需要遵守核管理委员会和各种州或国家的核辐射规则和法规。
     
    超声波: 超声波变送器用于固体/液体界面应用。在这里,用户可能正在寻找盐水溶液下未溶解盐的水平或污水厂沉淀池中水下的污泥量。安装超声波换能器,使其始终浸没在液体中。换能器通过水或液体发送超声波信号,信号被淹没的固体物位反射回换能器。这与探鱼器使用的原理大致相同。这有助于操作员维护、控制或监控液体下的固体水平。
     
    其他解决方案: 非常简单的解决方案是使用安装在水箱或旁路组件侧面的视镜,并手动读取接口液位。工程师还使用了差压计、气泡管和磁致伸缩传感器——但浮子、浮子、电容、导波雷达和伽马系统是非常常用的液位界面测量技术。
     
    选择传感器
    没有一种传感器可以解决所有级别的界面测量问题,但用户通常可以找到不止一种可以完成这项工作的技术。而且,在某些情况下,可以使用两个不同的液位传感器(例如超声波和电容变送器)来测量整体液位和界面。
     
    非常好的建议是咨询当地制造商的代表,了解什么是特定应用的非常佳技术。大多数过程仪表供应商已经为涉及数十种不同液体的无数液位接口应用提供传感器,并且代表可以利用这些积累的知识。如果安装过程错误或应用不正确,世界上非常先进的仪器将无法工作。 
     
                      重力问题
                      密度剖面原油
     

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