如何測量罐中兩種液體之間的界面

石油和天然氣、化工和石化行業(yè)的常見(jiàn)測量是檢測同一罐或容器中兩種液體（例如油和水）之間的界面液位。兩種液體的不同密度或比重意味著(zhù)較低密度的液體將漂浮在較高密度的液體之上。上海自?xún)x公司在某些情況下，兩種液體會(huì )完全分離，從而形成更容易檢測的“清晰”界面。

在其他情況下，兩種液體之間將存在乳液或“抹布”層。其他界面情況包括兩個(gè)以上產(chǎn)品之間的多個(gè)界面，或液體和固體之間的界面。在某些情況下，可能需要測量上層的厚度。

為什么要測量界面？

想要在煉油廠(chǎng)罐中找到原油和水之間的界面的原因很明顯：煉油廠(chǎng)不希望任何水進(jìn)入蒸餾過(guò)程。一旦用戶(hù)知道接口在哪里，他或她就可以分離出頂部原油，只留下要單獨處理的水。

準確性在這里非常重要，因為水中的任何油都意味著(zhù)產(chǎn)品損失，并且油中的任何水都需要額外的處理。其他產(chǎn)品經(jīng)常出現這種情況。一個(gè)過(guò)程可能需要分離兩種不同的產(chǎn)品，并且沒(méi)有一種產(chǎn)品包含另一種產(chǎn)品的殘留物。在某些應用中，分離可能不那么明顯，例如水中的甲醇、柴油和綠色柴油、黑液和肥皂等。

兩種基本的液位界面：兩種液體之間的清晰界面（左）和兩種液體之間的乳液或“碎布層”（右）?，F代液位測量技術(shù)能夠檢測各種接口，包括多層。

為什么要測量界面？

想要在煉油廠(chǎng)罐中找到原油和水之間的界面的原因很明顯：煉油廠(chǎng)不希望任何水進(jìn)入蒸餾過(guò)程。一旦用戶(hù)知道接口在哪里，他或她就可以分離出頂部原油，只留下要單獨處理的水。

準確性在這里非常重要，因為水中的任何油都意味著(zhù)產(chǎn)品損失，并且油中的任何水都需要額外的處理。其他產(chǎn)品經(jīng)常出現這種情況。一個(gè)過(guò)程可能需要分離兩種不同的產(chǎn)品，并且沒(méi)有一種產(chǎn)品包含另一種產(chǎn)品的殘留物。在某些應用中，分離可能不那么明顯，例如水中的甲醇、柴油和綠色柴油、黑液和肥皂等在大多數情況下，由于產(chǎn)品的比重不同，產(chǎn)品會(huì )發(fā)生分離。即使這種差異足以導致產(chǎn)品分離，但作為界面測量基礎的差異可能太小?？刂七^(guò)程需要哪些變量？是否需要整體水平值以及界面？操作員是否需要知道上層的厚度以防止單獨產(chǎn)品的交叉污染？

液位測量傳感器

不管是什么液位接口應用，一般都有一個(gè)或多個(gè)液位傳感器可以解決。

浮子和置換器： 浮子傳感器的作用與聽(tīng)起來(lái)完全一樣——它漂浮在液體的頂部。浮子傳感器可以檢測頂部液體的液位。為了檢測界面，根據底部流體的比重校準的浮子傳感器將漂浮在下部流體或目標流體的頂部。浮子傳感器類(lèi)似于浮子傳感器；不同之處在于浮筒設計為完全浸沒(méi)在水中運行。浮子和置換器可用于測量多種流體的液位界面。

浮子和置換器是確定與傳感器的液位界面的非常簡(jiǎn)單、非常便宜的方法，但它們有兩個(gè)問(wèn)題：首先，它們只能用于它們被校準的特定液體；其次，如果罐中存在湍流，則可能必須安裝傳感器的靜止井。

使用浮子或置換器的另一個(gè)缺點(diǎn)涉及機械浮子本身。如果產(chǎn)品容易覆蓋或粘在浮子上，就會(huì )影響浮子的重量。一旦重量發(fā)生變化，浮子坐在一種產(chǎn)品上的能力可能會(huì )受到影響。如果產(chǎn)品的比重發(fā)生變化，情況也是如此。

電容： 電容變送器有一個(gè)帶涂層的桿或電纜，它延伸到罐底并測量與傳感器接觸的材料的電容。電容變送器的桿或電纜就像電容器的一個(gè)板，金屬罐壁充當另一個(gè)板。兩個(gè)板之間的任何材料都會(huì )改變探頭上的讀數。對于測量液體界面的電容變送器，其中一個(gè)產(chǎn)品必須是導電的，而另一個(gè)是非導電的。導電材料對傳感器的影響是驅動(dòng)讀數的原因，因為非導電材料對輸出的影響非常小。在界面應用中使用電容的一大優(yōu)勢是它不受乳液或碎布層的影響。

與浮子和置換器一樣，如果產(chǎn)品發(fā)生變化或產(chǎn)品的電導率發(fā)生變化，電容變送器可能會(huì )出現不準確的情況。電容只會(huì )給出一個(gè)輸出，根據單元的配置方式，這將是導電介質(zhì)的界面或厚度。因此，如果用戶(hù)想要整體水平和界面，他或她將不得不使用兩個(gè)傳感器和兩種不同的技術(shù)。

制導雷達： 制導雷達發(fā)射器有一根桿或電纜延伸到油箱中以“引導”雷達信號。部分雷達能量將在液體表面反射并返回發(fā)射器。信號下降和返回所需的時(shí)間與到產(chǎn)品的距離成正比。剩余的能量穿過(guò)上部介質(zhì)，并在介電發(fā)生變化的界面處反射。因此它可以為整體頂層和接口層提供輸出。

它不受密度影響，只要兩種介質(zhì)之間的介電常數 (dk) 大于 10 dk 并且任何乳液或碎布層厚度小于 2 英寸，就可以檢測兩種液體之間的界面。該技術(shù)在具有厚抹布層的應用中不能可靠地運行。上層介質(zhì)必須具有小于 10 dk 的電介質(zhì)，否則沒(méi)有足夠的雷達信號可以穿透它來(lái)讀取界面。

探頭可以長(cháng)達 30 英尺，并且有多種材料可供選擇。這將允許在惡劣條件下運行，包括高溫或低溫以及腐蝕性或磨蝕性材料。導波發(fā)射器通常非常適合用于石油和天然氣以及化學(xué)工業(yè)。

多參數： 液位界面測量的非常新技術(shù)之一是多參數變送器，它在一根涂層棒或電纜上結合了導波雷達和電容傳感器。

發(fā)射機通常會(huì )使用制導雷達進(jìn)行界面測量。如果乳劑層太厚，發(fā)射器失去界面的導波反射，它會(huì )自動(dòng)切換到電容進(jìn)行測量。這兩種技術(shù)的使用消除了與接口級應用程序相關(guān)的許多問(wèn)題。

在界面應用中，電容不受乳液或破布層的影響，制導雷達允許發(fā)射器監測整體液位以及界面液位。變送器具有多回波跟蹤算法，可在儲罐液位上升或下降時(shí)同時(shí)跟蹤多達 20 個(gè)儲罐回波。這確保了變送器不會(huì )“跳躍”到不是真實(shí)水平的回波，例如內部?jì)拮枞蚣訜崞骶€(xiàn)圈。

伽馬： 有時(shí)稱(chēng)為核或輻射傳感器，基于伽馬的系統使用核輻射來(lái)檢測水平和界面。源安裝在罐的一側，并通過(guò)罐壁和過(guò)程介質(zhì)發(fā)射能量。輻射由儲罐另一側的一個(gè)或多個(gè)探測器測量。

當用于界面測量時(shí)，輻射能量的衰減是不同的，因為它通過(guò)不同密度的產(chǎn)品。多個(gè)檢測器通常用于定位準確的界面位置并識別多個(gè)界面或層。軟件程序可以將來(lái)自多個(gè)檢測器的輸出轉換為多個(gè)界面和乳劑層的圖形表示。

用于接口應用的一些容器（例如油/水分離器）直徑太大，伽馬能量無(wú)法穿透整個(gè)容器。對于這些應用，可以將能量源插入容器內的靜止井中，以減少能量必須傳播的距離。

伽馬系統的優(yōu)點(diǎn)包括自動(dòng)補償溫度變化，以及不受泡沫、氣體或腐蝕性材料的影響。它也是非侵入性和免維護的，可以使用多個(gè)探測器進(jìn)行多相測量。

缺點(diǎn)是成本和需要遵守核管理委員會(huì )和各種州或國家的核輻射規則和法規。

超聲波： 超聲波變送器用于固體/液體界面應用。在這里，用戶(hù)可能正在尋找鹽水溶液下未溶解鹽的水平或污水廠(chǎng)沉淀池中水下的污泥量。安裝超聲波換能器，使其始終浸沒(méi)在液體中。換能器通過(guò)水或液體發(fā)送超聲波信號，信號被淹沒(méi)的固體物位反射回換能器。這與探魚(yú)器使用的原理大致相同。這有助于操作員維護、控制或監控液體下的固體水平。

其他解決方案： 非常簡(jiǎn)單的解決方案是使用安裝在水箱或旁路組件側面的視鏡，并手動(dòng)讀取接口液位。工程師還使用了差壓計、氣泡管和磁致伸縮傳感器——但浮子、浮子、電容、導波雷達和伽馬系統是非常常用的液位界面測量技術(shù)。

選擇傳感器

沒(méi)有一種傳感器可以解決所有級別的界面測量問(wèn)題，但用戶(hù)通?？梢哉业讲恢挂环N可以完成這項工作的技術(shù)。而且，在某些情況下，可以使用兩個(gè)不同的液位傳感器（例如超聲波和電容變送器）來(lái)測量整體液位和界面。

上海自?xún)x公司非常好的建議是咨詢(xún)當地制造商的代表，了解什么是特定應用的非常佳技術(shù)。大多數過(guò)程儀表供應商已經(jīng)為涉及數十種不同液體的無(wú)數液位接口應用提供傳感器，并且代表可以利用這些積累的知識。如果安裝過(guò)程錯誤或應用不正確，世界上非常先進(jìn)的儀器將無(wú)法工作。