物位仪表

1. 物位仪表 本次课程主要包括石化企业中常用的钢带液位计、电动浮筒液位计、电动浮球液位计、超声波液位计、磁致伸缩液位计、光纤液位计、雷达液位计、射频导纳液位计、双法兰液位计等液位计的原理、技术标准、检查校验、常见故障及处理、使用维护及检维修等内容

2. 液位仪表 • 一、浮子钢带液位计 • 1 概述 • 浮子钢带液位计是广泛用于测量储罐内各种液体液位的物位仪表。其工作原理是：液面上升时，浮子随着液面上浮，与浮子连接在一起的钢带靠盘簧的拉力收入表体，以保持浮子重量、浮力、与盘簧拉力相平衡；液面下降时，浮子靠自身重量，随液面一起下降，与浮子连接在一起的钢带拉动盘簧的发条，做相应的反卷，使整个系统达到新的平衡。由于在测量钢带上打有非常均匀孔距的孔，当钢带上下运动时，钢带上的孔正好与链轮上的齿啮合，

3. 从而带动齿轮机构转动，并通过指针或计数器指示液位高度。同时输出角位移机械量，经远传变送器转换成4～20mA DC的信号。如图2—4—1所示。 • 1--浮子；2--钢带；3--导向滑轮装置；4--指示仪(变送器)； • 5--浮子导向钢索；6--导向索牵引螺栓； • 7--钢带引出法兰； • 8--钢带导向保护管

4. 以2500系列浮子钢带液位计为例 • 2.技术标准 • 1 测量范围：16m，20m，32m。 • 2 工作压力：0．35MPa。 • 3 灵敏度：±1．5mm。 • 4 测量精度：±3mm。 • 5 被测介质重度：≥0．5g／cm3。 • 6 被测介质温度：< 199℃。 • 7 环境温度：-50～85℃。 • 8 相对湿度：≤95％。

5. 9 输出信号：4—20 mA DC。 • 3 检查校验 • 3. 1 定期检查 • 3．1．1 检查信号线保护管是否完好。 • 3．1．2 检查变送器外观、密封状况是否良好，信号线接线端子是否有腐蚀或水、汽等。 • 3. 1．3 检查仪表内腔 • a．卸下表盖紧固螺丝，打开仪表前后盖。 • b．检查仪表内腔是否有尘土，锈蚀。 • c．检查盘簧轮、钢带导向轮、链轮等磨损情况，是否有污物，润滑是否良好。

6. d．检查各齿轮轴磨损情况，润滑是否良好。 • e．检查盘簧是否有断裂、散卷。 • f．检查钢带是否有扭折或破裂。 • 3．1．4 检查导向保护管 • a．检查导向保护管挠曲，挠曲不得超过±5mm。 • b．将导向轮盒盖板紧固螺丝卸下，打开导向轮盒盖板。 • c．检查导向管内是否有尘土，锈蚀等污物。 • d．将测量钢带从导向轮上脱开，检查导向轮运转是否平稳灵活。 • e．检查导向轮，轮轴磨损状况，润滑是否良好。 • f．检查测量钢带是否有扭折或破裂。

7. 3．2 校验 • 浮子钢带液位计校验方法一般分为实测液面法和空 罐计算法。 • 3．2．1 实测液面法 • a．确认现场无危险。现场测量需要两人以上，并遵守有关安全规定，以防意外。 • b．罐内充人待测液体，液面最好在仪表测量范围的1/2左右。 • c．待液面稳定后，用标准钢尺反复测量几次，求得平均值。 • d．用所求的平均值作为仪表标准值，调整仪表指示值。

8. e．改变液位高度，待液面稳定后，用钢尺测量液面高度，所得数值与仪表指示应相符，则应重新进行检查校验。e．改变液位高度，待液面稳定后，用钢尺测量液面高度，所得数值与仪表指示应相符，则应重新进行检查校验。 • 3．2．2 空罐计算法 • 空罐时调整浮子钢带液位计，需要计算浮子浸入液体的深度LF，可用式(2—4—1)计算，然后根据这个数值来调整零位。 • LF =(W-W1+W2)／(ρA) (cm) (2—4—1) • 式中 W——浮子重量，g； • W1——恒力盘簧拉力，g； • W2——钢带重量，g；

9. ρ——被测液体密度，g／cm3； • A——浮子圆柱截面积，cm2。 • 如果是球形罐，由于球罐上安装仪表均将浮子中心与罐体中心拉开一定距离，而罐底是凹形球面，还要考虑浮子的耳环停留在罐底导向钢索固定架上，从罐底到浮子底部的距离Lx。然后根据LF+Lx这个数值来调整零位。Lx按式(2—4—2)计算：

10. Lx =D /2 -√D2/4 -S2 (2—4--2) • 式中 D——球形罐直径，cm； • S——罐的中心与浮子中心的距离，cm。

11. 4 日常维护 • 4．1 每日进行巡回检查。 • 4．2 清扫仪表卫生。 • 4．3 检查仪表内腔、保护管内密封液有无渗漏。 • 4. 4 检查导向轮盒盖板，是否有被测物料泄漏。 • 4．5 用手摇装置提升浮子查看整个仪表系统是否有转动不灵活、卡死现象。 • 4．6 核对仪表指示是否正确

12. 5 检修 • 5．1 一般每年或一个生产周期进行1次全面的检修校验。检修前要确认储罐无压和出、人口阀关闭无泄漏，如要进罐作业必须遵守有关安全规定。 • 5．1．2 检查导向钢丝和浮子 • 应确认罐内无压、无液体、无危险气体，罐内氧含量符合作业要求，方可进行此项检查。 • a．检查导向钢丝是否弯曲和折叠。 • b．检查导向钢丝是否垂直拉紧。 • e．检查导向钢丝固定件是否紧固牢靠。 • d．检查浮子与测量钢带连接是否牢靠

13. e．检查浮子有无变形、破裂、结垢。 • 5．1．3 打开导向轮盒盖板，表体前后盖，清扫灰尘、铁锈等污物。 • 5．1．4 清洗轮轴污物。 • 5．1．5 清洗钢带。 • 5．1．6 各轮轴上润滑油。 • 5．1．7 表体内腔各齿轮上润滑油。 • 5．1．8 回装仪表，按本节“3．2”选择合适方法进行调校。

14. 5．2 导向钢丝的更换 • 5．2．1 用力使导向钢丝伸直，不要使导线钢丝弯曲或打结。 • 5．2．2 打开罐顶导向钢丝张紧装置的罩盖，通过中心孔把导向钢丝穿入，临时把导向钢丝的终端固定在张紧装置上。 • 5．2．3 在罐的底部，使钢丝穿过浮子的导耳孔，固定在支柱上。因投用后再修理很困难，所以操作时要精心。 • 5．2．4 在罐顶用力拉紧导向钢丝，并把导向钢丝的末端在轴上绕2～3圈，旋紧螺帽，切断多余部分，完成更换工作。

15. 5．3 测量钢带的更换 • 5．3．1 打开仪表输出轴的端盖，取下连接拨轮。 • 5．3．2 松开压紧环再打开表体后盖，把盘簧轮和钢带轮脱开。 • 5．3．3 将测量钢带无孔一端通过链轮。 • 5．3．4 用绳索从罐顶导轮盒穿过保护管，与测量钢带无孔一端系住，把测量钢带拽到罐顶，再送人罐内与浮子挂环连接。 • 5．3．5 安装时，测量钢带不得打结、打卷或受损伤，不得超出导向滑轮的导向槽， • 而且必须与浮子挂环连接牢固，以防脱落。

16. 5．3．6 更换后应检查测量钢带上的齿孔应与链轮上的齿准确啮合，压紧轮位置正常、钢带在各处的位置正常后再盖回表盖。 • 5．4 恒力盘簧的更换 • 5．4．1 打开仪表后盖，将盘在盘簧轮上的恒力盘簧一端抽出，用螺钉固定在钢带轮的反缠盘轮上。 • 5．4．2 松开钢带轮上的紧固螺钉。 • 5．4．3 用手顺时针将盘簧反缠在反缠轮上，注意不能反缠在盘簧轮外面。 • 5．4．4 根据测量范围确定反缠圈数。 • 5. 4. 5 反缠后将固定螺钉紧固好。

17. 5. 4. 6 检查测量钢带是否有松动或间隙，如有则重新反缠。 • 5．4．7 恒力盘簧反缠在反缠轮上的总长度应大于整个测量范围。 • 5．4．8 恒力盘簧安装完毕后，测量钢带上的齿轮孔应与链轮上的齿准确啮合，钢带在表内各处穿行正常。

18. 5．5 变送器检修 • 检查变送器的指示精度是否符合要求，如果不符合要求则进行调整。拆变送器时注意要先断开仪表电源，方可拆线。 • 5．6 常见故障与处理见下表2—4—1。

20. 6 安装注意事项 • 6．1 首先要考虑到便于安装、调试、读数和检修，以在人孔附近或专门的安装板等 • 手能触及的部位最好。 • 6．2 浮子中心距离容器侧壁的尺寸应符合在400～1500mm范围内的要求。 • 6．3 浮子的工作位置应远离出料口及搅拌器，以防液面波动影响测量精度和稳定性。 • 无法避免时，要加装分流板，防波罩等装置加以解决。

21. 电动浮筒液(界)位计 • 1 概述 • 电动浮筒液(界)位计可对工艺容器内液位或界位进行连续测量和就地控制。该类仪表是基于浮力原理工作的，其测量原理见图2—4—2。当液(界)位在零位时，扭力管受到浮筒重量产生扭力矩(这时扭力最大)，扭力管转角处于“零”

23. 图2—4—2浮筒液(界)位计测量原理图 • 1--截止阀；2---外浮筒；3--变送器；4--扭力管 • 5--浮筒；6--排污阀；7--放空堵头 • 度；当液位逐渐上升时，浮筒在液体浮力的作用下，也随着上升，扭力管产生的扭力矩逐渐减小，此时将其产生的转角β由变送器转换成4～20mA DC信号，这信号正比于被测量液(界)位。

24. 2 主要技术指标 • 1 输出信号：4～20mA DC。 • 2 精度：±0．5％。 • 3 供电：12～30V DC。 • 4 介质密度：液位为0．4～1．5g/cm3；界位为0．08～O．5g/cm3。 • 5 工作压力：4MPa；6．3MPa；16MPa。 • 6 环境湿度：10％～95％。 • 7 环境温度：-40～85℃。 • 8 工作温度：普通型0～150℃；高温型0～350℃。 • 9 防爆等级：本安型ibⅡCTl～6；隔爆型dⅡBT5。

25. 3 检查校验 • 3．1 检查 • 3．1．1 检查浮筒变送器外观有无损坏、变形，各部件是否灵活好用。 • 3．1．2 仪表铭牌各参数、校验单等要齐全准确，符合工艺设备的压力、温度、材质、密封等要求。 • 3. 1．3仪表安装时必须牢固可靠、横平竖直，必须保证测量室垂直，浮筒外壁不得与浮筒室内壁相碰，筒室倾斜< 50°并尽量安装在便于观察、维护和检修的地方 • 3．1．4 浮筒外部水平中线要与液(界)位变化范围中点一致。

26. 3．1．5 施工中不得使浮筒受到拉力、推力和激烈的冲击，否则可能使传感器因过载而损坏。 • 3．1．6 仪表安装完毕后，所有连接管路及各密封点应无渗漏现象，接线要正确，通电检查仪表零位(若是界位计应充满轻介质)，如不是4mA，应进行零位调整。 • 3．1．7 在被测介质粘度大或寒冷易冻的使用场合，要加装保温拌热系统。 • 3．1．8 在液位波动较强烈的使用场合，仪表应加设管路限流装置。 • 3．1．9 本安型浮筒液(界)位计只能经过安全栅供电。

27. 3．2 校验 • 浮筒液(界)位计的校验方法一般有挂重和灌液两种方法，本节仅对以水作为介质的灌液校验方法进行说明。 • 3．2．1 液位调校 • a．被测量介质密度小于或等于水密度时： • ①根据被测介质密度和量程，由于水的密度为1．0 g／cm3，所以，计算满量程对应的灌水高度，如式(2—4—3)。 • h=Hρ (2—4—3) • 式中 h——灌水高度，mm； • H——仪表量程(浮筒长度)，mm；

28. ρ——被测介质密度，g／cm3。 • ②零位调试：排空测量室内的清水，调整变送器零位电位器，使输出为4mA。 • ③满量程调试：向测量室内注入清水，使水位高度等于h，调整变送器量程电位器，使输出为20mA。 • 按②，③两步骤反复调整几次，并按4等分检查线性，直到输出信号满足精确度为止。 • b．被测量介质密度大于水密度时： • 当被测的介质密度大于水密度时，则可用缩小输出电流范围的方法进行换算，如式(2—4—4)。 • I= 4+(ρ水／ρ介)×16×100％ (2—4—4) • 式中 I——输出电流，mA；

29. ρ水——水的密度，g/cm3； • ρ介——被测介质的密度，g／cm3。 • 该点做为量程电位器调试点。在调校前应先计算出4等分灌水高度所对应的输出电流值。

30. 例如：量程1000mm，被测介质密度为1．1g/cm3，则灌水1000mm处为量程电位器调试点： 例如：量程1000mm，被测介质密度为1．1g/cm3，则灌水1000mm处为量程电位器调试点： • 对应输出电流为：I=4+(1/1.1)×16×100％=18．5mA。 • 按上面的方法计算完毕后，再按本节3．3．2．1a．②～③所述方法反复调整仪表零点和量程，即当水位在0mm时，调整零点电位器，当在水位1000mm处时，调量程电位器，使输出为18．5mA，反复来回调校几次，并按4等分检查线性，直到输出信号满足精确度为止。

31. 3．2．2 界位调试 • a．根据两种不同的介质密度，计算出零点对应的水位高度h0和满量程时所对应的水位高度hm，如式(2—4—5)。 • h0 = H(ρq／ρ水)；hm = Hρz：／ρ水． (2—4—5) • 式中 ho——零点对应的水位高度，mm； • hm——满量程时所对应的水位高度，mm； • H——仪表量程(浮筒长度)，mm； • ρq——轻介质密度，g/cm3； • ρz——重介质密度，g／cm3； • ρ水——水密度，g／cm3。

32. b．根据计算出来的对应水位高度，以浮筒底面高度的刻度线为基准，分别画出ho(mm)和hm(mm)的标记。b．根据计算出来的对应水位高度，以浮筒底面高度的刻度线为基准，分别画出ho(mm)和hm(mm)的标记。 • c．零点调试：向测量室内注入清水，使水位高度处于h0时，调变送器零位电位器，使输出为4mA。 • d．满量程调试：向测量室内注入清水，使水位高度处于hm时，调变送器量程电位器，使输出为20mA。 • e．按c、d两步骤反复调整几次，并按4等分检查线性，直到输出信号满足精确度为止。

33. 4使用和维护 • 4．1 投用前仪表要与工艺设备一同试压，并检查仪表使用条件，如工作压力、工作温度是否满足仪表的要求。 • 4．2 要检查各管路阀门是否灵活好用。 • 4．3 仪表投用后应定期进行基本性能检查，并对发现的问题予以消除。 • 4．4 按工艺测量介质的脏污情况，定期进行浮筒室的排放和清洗。 • 4．5 仪表的保护元件不能轻易更换，如需更换，应按防爆规程要求进行。

34. 4．6 常见故障与处理( 见表2—4—2)

35. 5 检修 • 5．1 电动浮筒式液(界)位计检修周期与装置同步。 • 5．2 清除浮筒、杠杆和扭力管上的油污等杂物。必要时拆除连接部分，取出浮筒等进行清洗和吹扫。 • 5．3 检查浮筒、扭力管、杠杆等零部件有无腐蚀磨损、变形和渗漏，情况严重者应更换。 • 5．4 检查浮筒重量，并修正至出厂时的数值。 • 5．5 组装时，中心轴穿过小轴承时要加润滑油。 • 5．6 在仪表拆卸搬运时，应将浮筒两端的保护螺盖装上，以保护扭力组件不被损坏。

36. 电动浮球液位变送器 • 1 概述 • 电动浮球式液位变送器是一种力矩平衡式仪表，由检测和转换部分组成。检测部分由浮球、杠杆、平衡锤、法兰、中心轴等组成；转换部分由传感器、放大器、电流转换电路及指示表组成。浮球装在工艺容器内，当液位变化时，浮球位置随之变化，当浮力矩与反馈力矩平衡时，反馈杆角度与液位成正比，其变化量经杠杆、中心轴传动，使传感器产生角位移，通过变送部分产生与液位成线性的4～20mA DC的标准信号。该类仪表具有安装方便、观察清晰、可靠性高，以及无须保温、加热、冲洗等特点，特别适用于炼油厂的热重油、沥青、含蜡和粘、稠、脏、污等介质液 。

37. 2 主要技术指标 • 2．1 输出信号：4～20mA DC。 • 2．2 液位测量范围 • 浮球杠杆长度/rnm 468 718 1218 1885 • 最大测量范围/mm 350 500 800 1200 • 2．3 浮球最大运行角为35°(特殊的大转角例外)。 • 2．4 工作温度：带散热片225～450℃；不带散热片-20～225℃。 • 2．5 电源电压：额定电压24V DC；输人电压范围9～36V DC。 • 2．6 精度：液位为1级，界面为2．5级。

38. 2．7 工作压力：≤4MPa。 • 2．8 使用环境相对湿度：≤95％。 • 2．9 被测介质密度≥0．55g／cm3。 • 2．10 环境温度：-40～60℃。 • 2．11 法兰连接标准：JB 82—59凸面DN250、PN：40、64，用户设备按相应标准凹面配用

39. 3 检查校验 • 3．1 检查 • 3．1．1 仪表零部件应完好无损，传动机构动作灵活、润滑良好。 • 3．1．2 铭牌及各种数据校验单等齐全准确。 • 3．1．3 仪表使用条件，如工作压力、工作温度要满足仪表的要求。 • 3．1．4 仪表安装位置正确，要考虑便于操作、观察、维护和维修，根据实际情况选择左侧或右侧安装，液位的正常位置应在仪表量程中间。 • 3．1．5 仪表的浮球、杠杆、支点、平衡杆、中小轴和平衡锤应在同一个平面内，且转动自如。

40. 3．1．6 调整好四连杆机构的原始位置。 • 3．1．7 检查各部位螺钉有否松动。 • 3．1．8 安装应检查盘根松紧情况和耐高温润滑油使用情况。 • 3．1．9 检查接线是否正确

41. 3．2 校验 • 变送器安装后，一般就地校验。 • 3．2．1 先根据实际测量介质的密度，调整平衡锤在平衡条上的位置。 • 3．2．2 用手向上摇动平衡杆，使其与水平面夹角为 +17．5°，调整变送器零点使输出为4mA。 • 3．2．3 然后用手向下摇动平衡杆，使其与水平面夹角为 -17．5°，调整变送器量程电位器使输出为20mA。 • 3．2．4 按本节3．2．2和3．2．3步骤重复进行调整，直到满意为止。 • 3．2．5 锁紧限位螺丝。

42. 4 使用和维护 • 4．1 根据实际情况选择左侧或右侧安装。 • 4．2 当工艺容器内有正常液位时，浮球漂浮在液位上，应调整滑块位置，使反馈力矩与浮力矩相平衡。 • 4．3 变送器应每月加1次耐高温润滑油。

43. 4．4 常见故障与处理见表2—4—4。

44. 双法兰式差压变送器物位仪表 • 1 概述 • 双法兰式差压变送器由差压变送器、毛细管和带密封隔膜的双法兰组成。密封隔膜的作用是防止管道中的介质直接进入差压变送器，它与变送器之间是靠注满液体(一般采用硅油)的毛细管连接起来的，当膜片受压后产生微小变形，变形位移或频率通过毛细管的液体传递给变送器，由变送器处理后转换成输出信号。可用于测量液体、气体和蒸汽的流量、液位、密度和压力。以3051系列智能双法兰差压变送器为例说明 。

45. 2 主要技术指标 • 2．1 输出信号：4～20mA DC+HART信号，二线制。 • 2．2 量程比：100：1 • 2．3 电源电压：10．5～42V DC • 2．4 负载电阻：250～600Ω • 2．5 测量精度：±0．075％ • 2．6 环境温度：-40～85℃ • 2．7 环境湿度：0～100％相对湿度 • 2．8 工作压力：双法兰≤13．8MPa • 2．9 工作温度：-45～315℃ • 2．10 防爆等级：EExiaⅡCT4 • 2．11 防护等级：IP66

46. 3 检查校验 • 3．1 检查 • 3．1．1 双法兰检查：检查法兰与设备连接部分的密封是否良好；法兰与毛细管、毛细管与变送器的连接部分及毛细管本身是否有液体泄漏；法兰膜片有无变形、损伤、腐蚀、结垢等不良情况。 • 3．1．2 变送器检查： • a．变送器外观检查：检查变送器外壳有无损伤、腐蚀和其他故障，发现问题及时处理。 • b．变送器内部检查：打开变送器外盖，先检查密封圈有无损坏，如果损坏要及时更换；检查电路板及其他元器件是否良好。

47. c．检查变送器接线情况是否良好。 • d．断开电源，卸下接线，进行绝缘电阻检查，用500V兆欧表检查变送器接线端子与外壳间的绝缘电阻，该电阻值应大于20MΩ以上。

48. 3．2 校验 • 为了保证智能双法兰差压变送器的测量精度，不能拆开毛细管，所以校验变送器时要与双法兰一起校验。 • 3．2．1 在安装前，可用气压模拟信号与HART通讯器进行校验。 • 气压模拟法校验步骤(假如变速器的量程范围为-100～-15kPa)

49. a．把气压接到变送器的负压室，在回路中串联一个标准电流表。a．把气压接到变送器的负压室，在回路中串联一个标准电流表。 • b．把SECURITY拔码开关打到OFF位置，之后按变送器本机的“零位”和“量程”两个按钮5s以上，激活变速器校验状态。 • c．输入零位气压(100kPa)，按零位按钮，使指示为零(输出4mA)。 • d．输入量程气压(15kPa)，按量程按钮，使指示为满量程(输出20mA)。 • e．把SECURITY拔码开关打到ON位置。

50. 3．2．2 在安装后，可用HART通讯器进行现场校验。 • HART通讯器校验步骤： • a．把275通讯器连接到已安装和通电的智能双法兰变送器(在控制室、变送器或回路中任何其他接线端子上)。 • b．按275通讯器“I／O”开机键通讯器自检并检测到变送器后，提示“Online”。 • c．按向右键“→”选“1 Device setup”进入变送器组态。 • d．按向下键“↓”，再按向右键“→”选“3 Basic setup”进入变送器参数组态。 • e．按向右键“→”选“1 Tag”进入变送器工位号组态。