压差式液位仪用于LNG储罐的误差分析和修正方法

压差式液位仪表用于LNG储罐的误差分析和修正方法

大家知道，由于受到仪表技术和安装不便等原因的限制，目前在国内LNG中小型带压运行储罐均采用压差式液位仪表实现对储存LNG液位的就地和远传显示；压差式液位仪表被广泛运用于对液体液位的测量，为了分析其运用在LNG领域的情况，首先我们要非常清晰的了解其测量原理，这里将不惜篇章加以说明，因为这是后面分析的基础。

当被测容器敞口时，液体上表面气体压力为大气压，大气压力通过液体传递到液体底部，与液位高产生的压力叠加成为压差式液位仪正压引压管处的绝对压力，由于气体的密度通常远低于液体的密度，可以不考虑引压管中气体高差产生的压差，所以在敞口容器中差压计的负压室直接通大气即可抵消作用于液体表面的大气压力，此时也可用普通显示“表压”的压力计来测量液位（因为显示“表压”的压力计是不显示大气压力的，进口与大气相通时压力指示为零）。依据以上分析，我们不难理解，若容器是密闭的，则需将差压计的负压腔用引压管连接容器的气相空间，在液体底部压力为液体表面的压力（即带压容器气相空间的气体压力）与液位高产生的压力叠加数值，通过引压管接在压差仪表的正压腔上，基于上面描述过的情况，带压容器中气体的压力在压差仪表的测压元件中被抵消（同时作用于压差仪表的正压腔和负压腔），所测得的压力完全是由于液体液位高度所产生的。

在测量开口容器时，往往将压差测量仪表的测量元件安装在与测量液位的下限水平对齐的位置（如图1），这样可以准确地测量将该点作为起点的液位高所产生的压差，计算方法：ΔP=H*ρ，（其中H 是液位高度，ρ是液体的平均密度），这是基于阿基米德定律的衍生运用中的一种。

同样，在测量封闭容器即带压容器内液体液位的时候，也应该将压差测量仪表的测量元件安装在与测量液位的下限水平对齐的位置。

在这里先提一个问题：如果压差测量仪表的测量元件安装的位置高于（或低于）测量液位的下限水平，会发生什么情况？如图，液体会进入引压管中，这一段液柱高h1同样会产生压差！直接影响压差

测量仪表输出的测量结果，产生的将是不可接受的系统误差。

实际运用中，如果因为安装位置受限，不能保证测压元件与测量液位的下限水平对齐，可以采用“迁移”的方法来修正液位的读数，由于不多见，在这里不再累述。

再来看看压差式液位仪用于我们站点LNG储罐的情况吧，在我们的LNG和L-CNG加气站中常用的LNG储罐有三种：30M3卧罐、60 M3卧罐和60 M3立罐；如图所示。

这两张图片比较有代表性的展示了60M3立罐和卧罐压差液位仪安装位置的特点，在60M3卧罐上压差液位仪引压管出口基本上都是位于储罐中轴线高度附近。而60M3立罐上压差液位仪引压管出口基本上都是位于储罐底部附近，（30 M3卧罐多用于箱式撬装设备，类似于60M3卧罐，液位仪表安装在储罐侧面或是外部仪表盘上。）由于我们目前在加气站中使用LNG储罐都属于双层真空夹层珍珠砂填充的低温带压储存罐；LNG储存在不锈钢材质的内罐中，外罐是碳钢材质的；压差液位仪引压管连接内罐并引出到外罐之外，这样

难以避免有一段引压管在真空夹层中，见示意图：

其中：f为气相压力取压口；e为液相压力取压口；v-9是组合阀组上的平衡阀；LI-1是现场显示液位仪；PI-1是压力表；c-7和c-8分别是

接压差变送器的液相和气相引压管

其中：ea段红色管段为液相引压管，连接液位仪的正压腔；

fb段粉色管段为气相引压管，连接液位仪的负压腔；

T1为储罐内LNG液体的温度，也是内罐罐壁的温度；

T2为环境的温度，也是外罐罐壁的温度；

可见，ea管段的e端接在内罐上，温度为T1；a端接在外罐上，温度为T2；在正常情况下ea管段不与內罐和外罐管壁接触，所以从e端到a端的温度是一个渐变的过程，温差ΔT=T2-T1，如图。

根据前面我们对压差式液位仪工作原理的分析，为了证实反映储罐内LNG液体的高度，理想的工作状态是：Pa=Pe，Pb=Pf;这也就是引压管的作用，由于气体的密度远小于液体（大约1/100，假设储罐压力0.6MPa），如果两根引压管中都充满气体，可以满足我们的要求，但实际情况是：在ea管段靠近e端部分由于焊接在低温的内罐上，

很有可能存在液体，而产生一段液柱高度h1，观察温度分布图：在温度低于-110o C的管段中都可能存在液体，液柱h1对于液位仪的测量结果是有影响的，显示液位将是Hˊ=h-h1，这就是为什么有时液位表显示不正常的原因；尤其是刚刚卸液完成时，由于新液温度较低，而且内罐液位很高，所以h1会更高一些，当天计算“库存”时会发现有较大“损耗”，放置使用一段时间的液体由于液温度升高，内罐液位较低，所以h1会小很多，每天计算“库存”时又会发现有“盘盈”。

到这里大家应该明白一些了，其实还有一种情况：如果ea管段是贴着内罐外壁的。。。。。。大概会是图中绿色曲线的情况！h1段会变的更大；可以看出来储罐内的液体温度会直接影响h1的值，另外储罐内液位的高度也会影响到h1的大小，也为越高，h1也会越大。

下一步的工作重点在于研究如何通过一些列实验和分析方法获

得实际液位高度h和影响h1数据的数学模型用T、T1、P（储罐压力）和修正曲线及表格来计算h1，实现实际液位h=Hˊ+ h1的查表计算。然后通过运行一段时间站点的记录数据来修正我们的曲线及表格，实现通过修正计算的方法得到LNG储罐内真实液位的方法。

由于立式储罐的压差式液位仪安装在储罐“相对”底部的位置，基本上不存在类似卧罐的情况，在保证仪表和外部管路畅通不漏气的情况下，可以保证正常显示。

这仅仅是一个开题。

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陈飞

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