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物位仪表 指导 罗建新编辑 曹刚 1 目录 一 物位测量概述二 144LD型浮筒液位计三 SOR711超声波液位开关四 差压液位计五 磁翻板液位计六 导波雷达液位计 2 一 物位测量概述 物位是仪表四大参数之一 物位是是指存放在容器或工业设备中物质的高度和位置 如液体介质液面的高低称为液位 液体 液体或者液体 固体的分界面成为界位 固体粉末或颗粒状物质的堆积高度称为料位 液位 界位 及料位的测量统称为物位测量 3 物位检测仪表的种类很多 如果按液位 料位 界面来分可分为 检测液位的仪表玻璃管式 称重式 浮力式 静压式 电容式 电感式 电阻式 超声波式 放射性式 激光式及微波式等 检测界位的仪表浮力式 差压式 电极式和超声波式等 检测料位的仪表重锤探测式 音叉式 超声波式 激光式 放射式等 4 三部在用物位测量仪表主要有 1 浮力式液位计 如144LD型浮筒 麦格纳丘浮筒 2 差压式液位计 Rosemount差压液位计 Rosemount双法兰液位计 3 超声波式液位计 SOR711超声波液位开关 4 雷达式液位开关 Rosemount雷达液位计5 放射式液位计 核料位计6 其他液位计 磁致伸缩液位计 5 二 144LD型浮筒液位 界位 计 20放大器120传感器外壳121传感器131环形法兰133杠杆134扭力管135定位杆 6 测量原理 在测量范围内 电压与浮力成正比 并作为输入信号被传送到电子放大器 通过电子放大器 电压被转成4 20mA的两线制输出信号 在两线制模式下 放大器由信号电流电路供电 浮筒的任何部分浸入液体都遵守阿基米德浮力原理 通过浸入液体中的圆柱形悬浮浮筒测出液体的液位 界位或者密度 浮力的变化与液位的变化成比例 而液位变化又可以被转成测量信号 测量密度和界位时 浮筒应完全浸入液体 浮筒位置的变化必须在量程范围之内 7 VX 在密度为 1的液体中 测量本体置换出的介质体积 1 较重介质密度的平均值 2 较轻介质密度的平均值g 当地的重力加速度FG 浮筒自身的重力 8 安装注意事项 将变送器直接安装在容器上或选择一种侧面安装方式的浮筒室 安装期间 必须注意允许的静态压力和环境温度范围 对于一些应用环境 介质温度高 允许的环境温度就受限制 考虑到介质的高热性 例如 300 的饱和蒸汽 那么直接作用在传感器壳体和放大器上的环境温度不能超过50 如果超过了允许的最大温度 传感器壳体120 放大器85 LCD指示器70 那么所有部件被辐射的热量必须被隔绝 如 环法兰 浮筒室 容器 以确保辐射的热量不会到达传感器的壳体及放大器 传感器及放大器最好避开阳光直射 9 调试方法及工具 需要工具 300型活口扳手两把 开口扳手一套 内六角一套 长于浮筒长度的软管一条 水桶一个 375通讯器一台 管钳一把 生料带 卷尺 电工胶布 及现场劳保防护工具等 调试方法 在现场用水效法 将浮筒校验 具体方法见常见故障处理 并在分别取0 25 50 75 100 五点 分别灌水至相应高度 查看仪表上行和下行的输出值 并记录数据 10 回路的构成及测试 144LD浮筒为两线制 信号线和电源线一体 信号为4 20mA电流信号 从现场到终端的接线分别为 表头接线 现场接线箱 FAR间中间端子柜 DCS机柜 SIS机柜 回路测为 online diagnose simulation other 11 常见故障及处理方法 1 浮筒显示与现场真实液位 界位 不一致 处理方法 重新效验效验方法如下 12 注 1为上截止阀2为下截止阀3为排污阀4为上法兰堵头L为浮筒长度 13 查台账及PID并与工艺人员核实该表是显示仪表 控制仪表 联锁仪表 开具相应作业票 准备好工具并联系好相应工艺人员到现场进行作业 到现场核实是作业票上描述仪表 并叫工艺人员确认 若是联锁仪表则让内操旁路 等其通知可动作时方可作业 若是控制仪表则让内操进行控制模式切换 让其切换到手动控制状态 等其通知可动作时方开作业 理解清楚测量介质性质 做出相应防护 效验前确定方案 是用水效法还是用介质来进行效验 若用水效法则需进行计算 介质效验则不用 水效法公式如下 计算完成后在浮筒上标记好 14 将1和2截止阀关闭 打开3排污阀 慢慢拧开4堵头 进行排液 待排尽浮筒内液位后 在3排污阀出口处连接一条软管 软管长度一定要超过浮筒长度 这样软管与浮筒就组成了一个U型连通器 从4堵头处加水至浮筒液位下限位置 用375手操器标定零点 菜单如下2 Online 3 Devicedata 2 Specialist 5 UserCal 1 Lowersensortrim此时零点标定完成 表头显示为0 00 标定完零点后 若是用水效验则再灌水到计算出的标定位置并标定量程上限位置 步骤如下 2 Online 3 Devicedata 2 Specialist 5 UserCal 3 Uppersensortrim此时量程上限标定完成 表头显示100 15 将浮筒内水排掉 关闭3排污阀 紧固4堵头 加生料带 检查各处正常后 将1截止阀打开 再打开2截止阀打在 此时浮筒完成投用 检查浮筒显示与现场真实液位是否一致 如若相差不超过5 则可以交付使用 清理现场 确认现场无漏点 无污物 无工具遗漏 16 2 该表显示阶跃性波动且短时间内回复 偶发性 处理方法 检查线路 放大器及浮筒内部如图 17 检查表头接线有无松动 及检查放大器与传感器接线插头 图二中圈中位置 有无虚接 重新接线 观察使用 若故障依然出现 则用替换法检查 更换表头放大器 观察使用 若故障消失 则需更换放大器 若波动有规律可寻 或在一点及其附近波动 且工艺介质在其附近变化范围大 则可能由于浮筒内部有异物造成波动 若故障依然未消失 则角传感器故障 需更换角传感器 注 软性故障排查先从最简单的开始 逐一排查 最后确定出原因 18 3 其他故障分析及排除见下表 19 三 SOR711超声波液位开关 工作原理 超声波液位开关是一种利用听不见的高频率声音 超声波 检查在指定位置是否存在液体的仪器 这种仪器由一个电子控制装置和一个探头构成 超声波液位开关利用了超声波在空气中和液体中的传播特性来检测液体的液位 即声波在空气中传播时 其信号强度出现很大的损失 而当声波在液体中传播时 其信号强度几乎保持不变 为了达到检测液体液位的目的 我们必须确定在凹槽内是否存在液体或气体 空气 由于液体的密度高于气体 所以通过液体传播声波时更为容易 凹槽一次的传感器发射声波 而另一侧的传感器对声波进行检测 在凹槽中存在液体时 在检测侧所接收到的声波量很大 而在凹槽内存在气体 空气 时 检测侧只能接收到少量的声波 电子电路可以检测这种声波量的不同 不相应的输出继电器开关信号 超声波开关中包括了两个压电晶体 一个压电晶体发射声波 而另一个压电晶体接收声波 两个压电晶体分别安装在金属材质传感器的凹槽两侧 发射晶体产生高频率的声波 1MHz至3MHz 这束超声波直接通过凹槽传播至接收晶体 接收晶体将接收到的声波能量转换成电信号 这个电信号经过电子电路的处理后 就可以确定凹槽内存在液体还是存在空气 20 下图所示为一个超声波液位开关传感器的基本结构 电信号发送到 发射 晶体 造成晶体产生震荡并发生高频率的声波 接收 晶体将所受到的高频率声波转化为电信号 然后将电信号发送回电子电路进行处理 通过凹槽的声能对于空气是十分微弱的 而对于液体是十分强大的 图一 21 实物照 图二 22 图三 1和2为探头信号线插头连接处 3为LED指示灯 4为Hi Lo NC NO 切换开关 23 安装注意事项 1只适应于液体 工艺介质必须是液体 超声波液位开关无法区别出两种气体之间或者与固体之间的差别 而要达到正确的检测 则要求液体的密度是均匀的 2只适应于清洁的液体 液体中固体含量过高时 液体对声波的传播程度就不能满足进行检测的要求 典型情况下 液体中最大允许悬浮固体量为5 3液体必须是流动液体 在液体无法排出传感器凹槽的应用条件下 会造成虚假报警 如果液体的粘度过大 以至于无法流出传感器的3 4英寸的凹槽 则传感器无法正常工作 在某些情况下 这一点可以通过不同的安装型式予以解决 但当某些液体的粘度实在太大 则不能进行使用 4无 或很少 气泡 特别是对于粘度大于100cp 30W机油 的液体 在粘度液体中的较大气泡会阻挡声波信号的传播 使其不能穿过凹槽 低粘度的液体中可以允许存在相对大量的气泡 因为这种气泡通常是非常小 24 调试方法及工具 需要工具 万用表 小一字螺丝刀 调试方法 安装前将超声波液位开关接上24VDC 把图三中的4 Hi Lo 切换开关切换到Hi档 此时测量NC开关的通断情况 通为正常 再将超声波液位开关的探头放入水中 此时测量NC开关的通断情况 断为正常 NO为通 经过此次试验 说明仪表正常 可以安装 25 回路构成及其测试 SOR超声波液位开关为4线制 两条信号线 两条电源线 电源线为24VDC 正常情况下用万用表测量可测的电压 信号线为一个测量回路 超声波液位开关相当于一个中间开关 通则信号为正常状态 断则为报警状态 在现场可将两条信号线短路 判断回来是否正常 26 故障现象及处理方法 1 中控室显示高位 低位报警报警 报警状态持续出现 27 作业前先到现场查看是否为液位真实报警 如液位达到报警位置 则联系动设备人员到现场进行加油或者排放 开具合格作业许可证 联系外操及本单位监护人员到现场 并准备好作业工具 通知内操 准许作业时放可打开接线盒 用万用表测量电源线是否有电 若无电压 正常电压20V左右 则检查电源线线路 并处理 测量电源线有电且电压正常 则看电路板上LED显示灯状态 正常状态应为灭 等亮则表示报警 拆开信号线 将信号线短路 询问中控室是否恢复正常 若正常则表示信号线无问题 若短路与断路中控室都显示开路 则表示信号线中间有断路 检查信号线电路 排除故障 如果信号线正常 且测量电路板NC 高位 NO 低位 输出端的通断情况 若为断路状态 则表示故障出在电路板到探头这一区域 仔细检查NO NC切换开关状态 及探头信号线插头 看有无虚接 或者短路 若检查未发现问题 确认为电路板故障 需更换电路板 注 超声波传感器电子元件就两个压电晶体且不易损坏 电路板电子元件多 容易损坏 28 2 中控制间断性显示报警 无规律可言 到现场将信号线拆 检查信号线各处接头 看有无氧化 虚接情况 并检查传感器到电路板的接线插头处是否有虚接和短路 如果有则进行处理 投用观察 检查信号线接头后故障依然存在 则到现场将信号线短接 让中控室观察 若果在以往的报警时间内无报警 则排除信号线段的故障 如果依然存在报警 则继续检查信号线 直到找到故障原因 如果经上述检查确认信号线无问题后 则用替换法处理 更换一个正常电路板到该仪表 投用观察 如果故障消失 则确认为电路板故障引起 注 如果是低位报警开关经以上操作后故障依然存在 则注意观察是测量介质内是否存在有气泡的情况 如果气泡经过测量探头的凹槽也会引起误报 29 四 差压式液位计 30 安装注意事项 防止变送器与腐蚀性或过热的被测介质直接接触 要防止渣滓在导压管内沉积 导压管要尽可能短 如果被测密封容器内的上部气体容易凝结 应在导压管排污阀前加以泠凝器 安装时注意各处垫片的安装 不要漏装 或者安装时折叠和错位 安装双法兰液位计时 对法兰膜盒部位要轻拿轻放 不要损伤膜盒 表头安装位置要原理高温位置 方向要对准容易观察的位置 31 调试方法及工具 差压液位计一般在现场很难进行完整的调试工作 只能检查零点与迁移量 以及对照玻璃板或磁翻板查看误差是否过大 32 回路构成及测试 回路构成 三部现场应用最多差压液位计的为Rosemount双法兰液位计 其采用两线制 信号线和电源线一体 通讯协议用HART协议 从现场表头 现场接线箱 中间端子柜 DCS SIS CCS 回路测试 用316给电流信号 对回路进行测试 33 常见故障及处理方法 1 DCS无指示故障分析 可能电源保险烧断 可能仪表电缆接地 可能仪表防爆接线盒内进水了 可能仪表本身有故障 如电路板坏 膜盒坏 接线端子接地等 可能安全隔离栅烧坏 模件通道有故障 可能供电电压太低 可能正压引压管被堵死 可能仪表电源正负极接反 可能仪表输出超量程过大 34 处理方法 检查电源保险 更换新的 检查仪表电缆 排除接地故障 排除防爆接线盒内积水 并加固密封 检查仪表并排除其故障 或更换新的 检查其安全隔离栅 更换新的 由工艺告知DCS处理 检查电路 排除其相应故障 检查并疏通引压管 检查并改正接线 排除其故障 35 2 现场仪表指示正常 但DCS指示偏低 故障分析 可能仪表电缆负极接地 变送器的变送模块损坏处理方法 检查仪表电缆 排除接地故障 更换变送器 36 3 仪表指示不准 故障分析 可能工艺玻璃板液位假指示 可能零位不准 或漂移 可能正负压膜盒处有杂质堵塞 可能正负引压管道有堵塞现象 可能量程不准 可能仪表膜盒或毛细管有损坏 可能供电电压偏低 37 处理方法 处理玻璃板液位计 重新调整调位 并检查是否零漂 从放空阀处把杂质排放干净 用打压泵疏通 重新校验仪表 检查 确认膜盒或毛细管是否完好 如果有问题 需更换新仪表 检查电路 排除其相应故障 38 4 仪表变化不灵敏 故障分析 可能阻尼过大 可能正负压膜盒处有杂质堵或不畅通处理方法 调整阻尼 疏通并把杂质排放干净 39 5 仪表波动较大 故障分析 可能阻尼过小 可能工艺本身就波动引压线内有气泡 压力膜盒损坏处理方法 调整阻尼 和工艺一起确认排液 重新投用更换新仪表 40 五 磁翻板液位计 工作原理 与磁铁组成一体的浮球置于非磁性的金属管中 浮球随着管中的液位上升或下降 管外装有指示单元 指示单元为一序列正面为黄色 背面为黑色的磁性翻板组成 这些翻板受磁性浮球移动的吸引而翻180 通过颜色的变化来指示液体的液位 41 安装注意事项 磁翻板液位计本体周围不容许有导磁物质接近 禁用铁丝固定 否则会影响磁翻板液位计的正常工作 如用户自行采用伴热管路时 必须选用非导磁材料 如紫铜管等 伴热温度根据介质情况确定 磁翻板液位计安装必须垂直 磁翻板液位计与容器引管间应装有球阀 便于检修和清洗 介质内不应含有固体杂质或磁性物质 以免对浮子造成卡阻 使用前应先用校正磁钢将零位以下的小球置成红色 其它球置成白色 42 打开底法兰 装入磁性浮子 注意 重端带磁性一端向上 不能倒装 调试时应先打开上部引管阀门 然后缓慢开启下部阀门 让介质平稳进入主导管 运行中应避免介质急速冲击浮子 引起浮子剧列波动 影响显示准确性 观察磁性红白球翻转是否正常 然后关闭下引管阀门 打开排污阀 让主导管内液位下降 据此方法操作三次 确属正常 即可投入运行 腐蚀性等特殊液体除外 应根据介质情况 不定期清洗主导管清除杂质 对超过一定长度 普通型 3米 防腐型 2米 的液位计 需增加中间加固法兰或耳攀作固定支撑 以增加强度和克服自身重量 磁翻板液位计的安装位置 应避开或远离物料介质进出口处 避免物料流体局部区域的急速变化 影响液位测量的准确性 43 常见故障现象及处理方法 1 磁翻板显示多段液位处理方法 用磁性棒重新刷新如图 44 用磁棒从下至上刷新 45 2 磁翻板液位不随液位变化而变化 故障分析 浮子卡住 浮子破裂 截止阀堵塞 46 开具作业票 并准备好作业工具及排液防具 联系工艺人员到现场 将磁翻板隔离 打开排污阀 进行排液 排液过程中如果磁翻板显示随排液而下降 则可能为下截止阀堵塞 这时稍微打开下截止阀 仔细观看 若无液位流出 则此次故障原因应为下截止阀堵塞 用此方法一次检查上截止阀 确认其是否堵塞 若是在非防爆区域 且周围确认无爆炸性气体 则可用金属物适当敲击下截止阀处及其周围管道 如果敲击依然无法使截止阀畅通 则打压处理 注 此方法只用于塔 罐 内部为正压时 如果塔 罐 内为负压 则3中描写故障可能为正常现象 如果排液过程中 磁翻板液位显示保持原位 则可能在此位置卡住 先适当敲击 看能否使浮子动作 如果依然不动作 则拆开上堵头 用蒸汽吹扫 吹扫后 拆开下法兰 取出浮子检查清理 确认无问题 则安装投用 当测量液位 界位 不为零时 磁翻板显示为零 应拆开下法兰 检查清理杂物 如果发现浮子破裂 则更新浮子 用蒸汽吹扫 吹扫后 拆开下法兰 取出浮子检查清理 确认无问题 则安装投用 当测量液位 界位 不为零时 磁翻板显示为零 应拆开下法兰 检查清理杂物 如果发现浮子破裂 则更换浮子 47 六 导波雷达液位计 Rosemount3300系列 测量原理 导波雷达物位计发出高频脉冲沿着导波组件 钢缆或刚棒 传播 当雷达波遇到被测介质时 由于介电常数发生突变 引起部分脉冲波的反射 并沿着导波组件还回 介电常数变化越大 反射波越强 由于雷达波的传输速度是恒定的 所以雷达物位计只要计算出发射与接收雷达波的时间间隔 就可以计算出液位空高 量程减去空高就是实际液位高度 以上是测量液位的原理 导波雷达物位计用于界面测量的原理与上面类似 测量的前提是上层介质比下层介质的相对介