可燃易挥发液体储罐液位的安全测试方案设计

可燃易挥发液体储罐液位的安全测试方案设计常用液体测试方法大概可分为6大类。

一、玻璃管法、玻璃板法、双色水位法、人工检尺法1、玻璃管法该方法利用连通器原理工作，如图1—1所示。

图中1－被测容器；2－玻璃管；3－指示标度尺；4、5－阀；6、7－连通管。

液位直接从指示标度尺读出。

玻璃管液位计是一种直读式液位测量仪表，适用于工业（化工、石油等工业设备容器上做液位显示）生产过程中一般贮液设备中的液体位置的现场检测，其结构简单，测量准确，是传统的现场液位测量工具。

该液位计两端各装有一个针形阀，当玻璃管发生意外事故而破碎时，针形阀在容器压力作用下自动关闭，以防容器内介质继续外流。

2、玻璃板法根据连通器原理，将容器内介质液体引至外部玻璃板液位计内，通过透明玻璃直接显示容器内液位实际高度。

具有结构简单，直观可靠，经久耐用等优点，但容器中的介质必须是与钢、钢纸及石墨压环不起腐蚀作用的。

玻璃板可通过连通器安装，也可在容器壁上开孔安装，并可串联几段玻璃板以增大量程。

3、双色水位计法它是通过光的反射、折射、透视等不同原理，使气相呈红色，液相呈绿色而制成的。

运行人员在现场或集控室的监视器上可直接看到水位计里面水位的变化，直观可靠。

水位计采用二极管冷光源，观看效果好、亮度可调、寿命常、易维护、能耗低，并且可视范围宽，水位计安装后光源基本无需调整，即可看到气红液绿。

4、人工检尺法该方法用于测量油罐液位。

测量时，测量员把量油尺投入油品中，并在尺砣与罐底接触时提起量油尺。

根据量油尺上的油品痕迹，读出油面高度；根据量油尺末端试水膏颜色的变化确定水垫层的高度，从而确定油高和水高。

以上4种方法都是人工测量方法，具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点。

二、吹气法、差压法、HTG法1、吹气法该方法的工作原理如图2—1所示。

图中，1－过滤器；2－减压阀；3－节流元件；4－转子流量计；5－变送器。

将一根吹气管插入至被测液体的最低面（零液位），使吹气管通入一定量的气体吹气管中压力与管口处液柱静压力相等，故P＝ρgH式中，ρ－液体密度；H－液位。

故由静压力P即可测量液位H。

吹气法适用于测量腐蚀性强、有悬浊物的液体，主要应用在测量精度要求不高的场合。

2、差压法差压法利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的，如图所示。

差压变送器的一端接液相，另一端接气相时根据流体静力学原理，我们知道，变送器正压室受到的压力为： Pl=P气十Hρg式中 H：液位高度;ρ：介质密度;g：重力加速度; P气：气相压力。

差压变送器负压室压力P2=P气，则正负压室的差压为：ΔP=P1-P2通常，被测介质的密度是已知的。

因此，测得差压值就能知道液位高度。

若被测容器是敞口的，气相压力为大气压力，则差压变送器的负压室通大气就可以了，这时也可用压力变送器或压力计来直接测量液位的高低。

图示容器是受压的，则将负压室与容器气相相连接，以平衡气相压力的静压作用。

差压式液位计是应用差压计或差压变送器来测量变送器液位的，是目前应用得最广泛的一种液位测量仪表。

3、HTG法该方法应用于油罐差压液位测量中，如图2—3所示。

图中：P1、P2、P3－高精度压力传感器；RTD－温度检测元件；HIU－接口单元。

P1位于罐底附近的罐壳处，P2比P1高8英尺，P3位于罐顶附近的罐壳处。

对于常压油罐，压力传感器P3可以省去。

设压力传感器P1、P2、P3测得的压力分别为p1、p2、p3，则式中：G－油品重量；Sav－油罐平均截面积；ρav－介于压力传感器P1、P2之间油品平均密度；g是重力加速度；H是压力传感器P1、P2之间的距离；h是油品高度；h0是压力传感器P1的高度。

RTD用于测量油品温度，以对测量数值进行温度补偿。

HTG测量系统价格较低，但液位测量精度较低，安装须在罐壁开孔。

以上3种方法都是利用液体的压力差来测量液位的。

三、浮子法、浮筒法、浮球法、伺服法、沉筒法1、浮子法该方法采用浮子作为液位测量元件，并驱动编码盘或编码带等显示装置，或连接电子变送器以便远距离传输测量信号。

浮子用钢丝绳连接并且悬挂在滑轮上，钢丝绳的另一端挂有平衡锤，使浮子所受的重力和浮力之差与平衡锤的拉力相平衡，保持浮子可以随机地停留在任意液面上。

这样，浮子跟随液面变化而变化。

这种结构液位计的指针位移与被测液位变化相同，从而达到了检测目的。

适用于低温到高温、真空到高压等各种环境。

是石油、化工等工业部门的理想液位测量方法。

2、浮筒法浮筒法应用了阿基米德定律和磁藕合原理。

浸在液体中的浮筒受到向下的重力，向上的浮力和弹簧弹力的复合作用。

当这三个力达到平衡时，浮筒就静止在某一位置。

当液位发生变化时，浮筒所受浮力相应改变，平衡状态被打破，从而引起弹力变化即弹簧的伸缩，以达到新的平衡。

弹簧的伸缩使其与刚性连接的磁钢产生位移。

这样，通过指示器内磁感应元件和传动装置使其指示出液位。

限位开关的仪表即可实现液位信号的报警功能。

基于位移测量原理，悬挂在测量弹簧上的位移筒体沉浸在被测液体中，并受到阿基米德向上浮力作用，其作用力与排开液体质量成正比。

根据液位高低，筒体浸入深度不同，向上浮力发生变化，测量弹簧将要作相应延伸，以达到测量结果。

3、浮球法该方法利用杠杆原理工作，如图3—2所示。

图中：1－浮球；2－连杆；3－转轴；4－平衡重；5－杠杆。

浮球跟随液位变化而绕转轴旋转，带动转轴上的指针转动，并与杠杆另一端的平衡重平衡，同时在刻度盘上指示出液位数值。

浮球法有内浮球式和外浮球式两种，如图3—2所示。

浮球法主要用于测量温度高、粘度大的液位，但量程较小。

浮球液位计具有结构简单，调试方便，可靠性好，精度高等特点。

浮球液位计可广泛适用于高温、高压、粘稠、脏污介质、沥青、含腊等油品以及易燃、易爆、腐蚀性等介质的液位（界位）的连续测量。

浮球液位计可用于石油、化工原料储存、工业流程、生化、医药、食品饮料、罐区管理和加油站地下库存等各种液罐的液位工业计量和控制。

浮球液位计也适用于大坝水位，水库水位监测与污水处理等等。

4、伺服法该方法采用波动积分电路，消除抖动、延长寿命、提高液位测量精度。

现代伺服液位仪的测量精度较高，已达到40 m量程内小于1 mm的精度，且一般都具有测量密度分布和平均密度的功能。

5、沉筒法沉筒的位置随着液位的变化而变化，但其变化量并不与液位变化量相等。

在图3－3a 中［4］，液位与浮筒位置的关系如下：上式中：ΔH－液位变化量；C－弹簧的弹性系数；A－沉筒截面积；ρ液体密度；ΔX－沉筒位置变化量。

通常情况下，浮筒位置变化量ΔX远小于液位变化量ΔH。

图3—3b是扭力管式沉筒法原理［4］，图中：1－沉筒；2－杠杆；3－扭力管；4－芯轴；5－外壳。

沉筒位置随液位变化而变化，在杠杆的作用下，扭力管芯轴的扭角发生变化，二次仪表根据扭角的变化量计算出液位。

以上5种方法都是利用浮力原理来工作的。

四、电容法、电阻法、电感法1、电容法其基本工作原理是电容式物位传感器把物位转换为电容量的变化，然后再用测量电容量的方法求知物位数值。

电容式物位传感器是根据圆筒电容器原理进行工作的。

其结构如同2个长度为L 、半径分别为R和r的圆筒型金属导体，中间隔以绝缘物质，当中间所充介质是介电常数为ε1的气体时，两圆筒的电容量为：C1=2πε1L/R/ (ｌｎＲ/ｒ)如果电极的一部分被介电常数为ε2的液体（非导电性的）浸没时，则必须会有电容量的增量△C 产生（因ε2>ε1），此时两极间的电容量C=C1+△C。

假如电极被浸没长度为l，则电容增量为：ΔＣ=2π(ε 2 -ε1)ｌ/ (ｌｎＲ/ｒ)当ε2、ε1、R、r不变时，电容量增量△C与电极浸没的长度l 成正比，因此测出电容增量数值便可知道液位高度。

如果被测介质为导电性液体时，电极要用绝缘物（如聚乙烯）覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。

假设中间介质的介电常数为ε3，电极被浸没长度为l，则此时电容器所具有的电容量为：C=2πε3L/R/ (ｌｎＲ/ｒ)其中：R 和r 分别为绝缘覆盖层外半径和内电极外半径。

由于ε 3 为常数，所以C 与l 成正比。

电容式物位计适用于各种导电、非导电液体的液位或粘性料位的远距离连续测量和指示，也可以和其它电动仪表配套使用，以实现液位或料位的自动记录、调节和控制。

其亦可用于导电和非导电液体之间及二种介电常数不同的非导电液体之间的界面测量。

2、电阻法该方法特别适用于导电液体的测量，敏感器件具有电阻特性，其电阻值随液位的变化而变化，故将电阻变化值传送给二次电路即得到液位。

探针式利用跟踪测量法来测量液位，以液位上升的情形为例来说明液位测量原理，当液位上升时，提起探针完全脱离液体，然后缓慢降低探针寻找液面，则探针与液体刚接触时的位置即与液位相对应。

探针式的特点是测量精度很高、控制电路复杂。

3、电感法该方法适用于导电液体的液位测量，特别是液态金属。

电感法的原理是，液位变化使得电感元件的自感、互感或导磁率发生变化，故将该变化量送往二次电路即可得到相应的液位数值。

电感法应用最为广泛的是高频液位计。

该液位计的测量原理是，频率调制信号通过射频电缆耦合到传输线传感器谐振回路，谐振回路的输出电压经过检波电路和射频电缆传送给低通滤波器，然后根据低通滤波器的输出电压控制调谐电路，产生新的振荡频率，直到传感器谐振电路处于完全谐振状态为止，则此时的振荡频率即与传感器的电感量相对应，从而与液位相对应。

电感式液位计是依靠被测液体内的涡流反映液位的，所用电源必须用交流。

具体说，在平面螺旋(蚊香形)线圈内通以交流电，当导电液体表面接近线圈时，液体出现涡流将使线圈的电感量改变。

若线圈与电容并联，并联回路的谐振频率会有明显变化，利用这一原理可构成液位开关，但不适合连续测液位。

五、磁致伸缩法、超声波法、微波法、调制型光学法1、磁致伸缩法该方法用于测量油罐液位的原理如图5—1所示。

图5—1中有两个浮子，分别用来检测油气界面和油水界面。

各浮子内都藏有一组永久磁铁，用来产生固定磁场。

测量时，液位计头部发出低电流“询问”脉冲，该电流产生的磁场沿波导管向下传导。

当电流磁场与浮子磁场相遇时，产生“返回”脉冲（也称“波导扭曲”脉冲）。

询问脉冲与返回脉冲之间的时间差即对应油水界面和油气界面的高度。

磁致伸缩液位计安装容易，测量精度很高，但液体密度变化和温度变化会带来测量误差，浮子沿着波导管外的护导管上下移动，容易被卡死。

磁致伸缩液位计用于石油、化工原料储存、工业流程、生化、医药、食品饮料、罐区管理和加油站地下库存等各种液罐的液位工业计量和控制，大坝水位，水库水位监测与污水处理等等其优点表现在：可靠性强、精度高、安全性好、磁致伸缩液位计易于安装和维护简单、便于系统自动化工作。

2、超声波法换能器将电功率脉冲转换为超声波，射向液面，经液面反射后再由换能器将该超声波转换为电信号。