一種測量容器內介質分界面的裝置及方法

2023-05-20 22:10:46

專利名稱：一種測量容器內介質分界面的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及工業測量控制技術領域，特別涉及一種測量容器內介質分界面的裝置及方法。
背景技術：
石油、化工、醫藥等行業中經常使用各種塔、槽、罐、反應釜等容器來儲存生產過程中使用的反應物、採集物和/或生成物，這類介質通常沒有固定的形態(一般多為氣體或流體等流體)，也經常是多種介質的混合物，其中，不相溶的流體混合物在容器中通常會以分層形式存在，要了解混合物組成情況、對生產過程進行精確控制，需要測量分層流體的分界面位置。但由於這些容器通常為封閉容器，其中的化工物料也通常具有毒性、腐蝕性或具有較高的危險性(如易燃易爆等)，有些對儲存環境也有嚴格的要求，藉助常用工具對分界面進行人工測量顯然是不現實的。目前，測量這類容器內介質的分界面的一般方法是採用磁浮式液位計，使用密度位於上層流體密度和下層流體密度之間的浮子，使得浮子漂浮在各分界面，通過測量各浮子位置得到各分界面位置。這種測量方法要求分界面上下介質的密度差異大、介質潔淨，對浮子材質要求也較高(介質通常具有較強的腐蝕性)，為便於測量浮子體積不能太小，因而此法測量精度低且不便維護。另外一個對分界面的測量方法是採用雷達液位計，通過識別各分界面處反射的雷達波來測定各分界面位置。為了能在各分界面產生不同的反射雷達波，此測量方法要求分界面上下介質的介電常數差異大，對於差異較小的介質往往測量效果很不理想。可見，以上兩種常用的分界面測量方法都受到了較大的條件限制，只能針對特定的介質進行測量，且較難獲得理想的測量效果。在面對密度差異小、介電常數相差小、腐蝕性強的不同介質時，沒有理想的測量其分界面的裝置及方法，在測量精度要求高、工藝介質特性複雜的分界面測量時僅依靠現有技術很難實現。

發明內容
(一)要解決的技術問題針對現有技術的缺點，本發明為了解決現有技術中介質分界面測量困難的問題， 提出了一種容器內介質分界面測量裝置及方法，用來實現測量精度要求高、工藝介質特性複雜的分界面測量。( 二 )技術方案為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種測量容器內介質分界面的裝置，所述容器1內儲存有密度不同的兩層液體介質，所述裝置包括雷達液位計，安裝在所述容器1上，利用雷達波對上層介質4的液面2高度H進行測量；
差壓變送器10，安裝在所述容器1上，用於測量容器內液體的上下差壓ΔΙ^ ；計算設備，與所述雷達液位計和所述差壓變送器的輸出端相連，根據測量的液面2 高度H和上下差壓ΔΙ^，代入分界面上層介質4的液體密度P ！和分界面下層介質5的液體密度P 2計算得出分界面3的高度Iv優選地，所述雷達液位計採用頂裝方式安裝，通過發射設備和接收設備在垂直方向上收發雷達波。優選地，所述差壓變送器10採用側裝方式安裝，正壓取壓口 9設置於容器最低點的同一平面上，負壓取壓口 8設置於雷達液位計測量最高點的同一平面上。優選地，當被測介質具有較強腐蝕性時，在所述雷達液位計上襯F46、在所述差壓變送器上採用隔離罐。優選地，所述計算設備為DCS或PLC的可編程設備。優選地，所述分界面3的高度Il2具體為t!2 = (APa-Plg H)/g(P2-Pl)。更進一步地，本發明同時提供一種測量容器內介質分界面的方法，所述容器1內儲存有密度不同的兩層液體介質，所述方法包括步驟使用安裝在所述容器1上的雷達液位計對上層介質4的液面2高度H進行測量；使用安裝在所述容器1上的差壓變送器10測量容器內液體的上下差壓ΔΙ^ ；將測量的液面2高度H和上下差壓ΔΙ^輸入到計算設備，代入分界面上層介質4 的液體密度P ！和分界面下層介質5的液體密度P 2計算得出分界面3的高度Iv優選地，通過頂裝的雷達液位計測量收發雷達波的時間差計算出所述液面2高度 H0優選地，所述上下差壓ΔΙ^為通過側裝的差壓變送器測量出的正、負壓之間的壓強差。優選地，所述分界面3的高度Il2具體為Il2 = ( Δ Pa- ρ lg H) /g ( P 2_ P》。(三)有益效果本發明的方案測量原理簡單、計算速度快、易於實現且對高度、體積和/或重量數據均可進行監控，可以根據工藝要求對容器內的兩種液體介質進行方便的監控。


圖1為本發明中分界面測量裝置結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。參見圖1，通常容器1內的流體混合物由兩層液體介質4、5組成，液面2之上為真空或一層氣體(或混合氣體)，由於氣體密度極小，其產生的影響可忽略不計，因而對容器中介質分界面的測量著重於測量兩不同液體介質的分界面3。本發明中對容器1內介質分界面3進行測量的裝置主要包括雷達液位計、差壓變送器10以及計算設備(圖中未示出)，其採用間接測量方式，利用差壓變送器測量出容器內兩層混合液體總的上下差壓ΔΙ^，利用雷達液位計測量出混合液體的液面高度H，將兩測量數據實時傳送給計算設備，由計算設備代入分界面上層介質4的液體密度P ！和分界面下層介質5的液體密度P 2計算得出分界面3的高度Iv在圖1中，雷達液位計採用頂裝方式進行安裝，即通過安裝在容器1頂部的表頭6 和測量天線7進行測量，首先向下發送雷達波，雷達波到達混合液體液面2時產生反射波， 所述測量天線再接收所述反射波，表頭通過收發時間差(發送到收到反射波時間除以2)與雷達波傳送速度(一般為光速)乘積計算液面到測量天線底端距離，由容器總高度減去此距離即為容器內液面2總高度H。差壓變送器10採用側裝方式進行安裝，即通過安裝在容器側面的取壓口獲得壓強數據，其中，正壓(高壓)取壓口 9設置於容器最低點的同一平面上，測量容器內混合液體產生的正壓壓強；負壓(低壓)取壓口 8設置於雷達液位計測量最高點(即雷達液位計測量天線7最下端)的同一平面上，測量容器內負壓壓強(即混合液體液面處所受壓強)； 所述正壓與負壓的壓強差ΔΙ^即為混合液體受重力作用所產生壓強。將上述兩測量值H和ΔΙ^傳送給計算設備，所述計算設備通常為可編程設備，如分布式控制系統DCS(Distributed Control System)或可編程邏輯控制器 PLC (Programmable Logic Controller)等；又因為Δ Pa = P ^h1+ ρ 2gh2①H = h!+h2②由①②得Δ Pa = P ^ (H_h2) + P 2gh2 =P^ H+gh2 (P2-P1) ③由③可得公式h2 = ( Δ Pa- P lg H) /g ( P 2- P )以上公式中Δ Pa表示設備內液體上下差壓；H表示設備內液體的高度；P ！表示分界面上介質密度；P 2表示分界面下介質密度；Ill表示分界面上介質離界面高度；h2表示分界面高度；g為當地重力加速度常數。計算設備根據收到的測量值H和ΔΙ^代入上下介質密度。及P2計算，得出分界面高度h2，由此可以實時地計算得出容器內兩種液體介質各自的高度、體積和/或重量。由於本發明中的測量原理簡單、計算速度快、易於實現且對高度、體積和/或重量數據均可進行監控，可以根據工藝要求對容器內的兩種液體介質進行方便的監控。同時本發明中的測量精度主要由雷達液位計和差壓變送器精度決定，這兩種裝置通常測量精度高、對工作環境和被測介質沒有太高要求、操作安全方便、易於安裝和維護，能有效解決現有技術中介質分界面測量困難的問題。此外，當被測介質具有較強腐蝕性時，可以在雷達液位計上襯F46(聚全氟乙丙烯)、在差壓變送器上採用隔離罐，就能夠有效地解決該裝置的抗腐蝕問題。如果容器內的液體總高度H為固定值(即容器始終為滿狀態)，甚至可以省去雷達液位計，只採用差壓變送器即可實現上述測量和計算。此外，在測量精度要求不高的情況下，也可用其他物位計取代雷達液位計以節約成本。 以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種測量容器內介質分界面的裝置，所述容器(1)內儲存有密度不同的兩層液體介質，其特徵在於，所述裝置包括雷達液位計，安裝在所述容器(1)上，利用雷達波對上層介質(4)的液面( 高度H進行測量；差壓變送器(10)，安裝在所述容器(1)上，用於測量容器內液體的上下差壓計算設備，與所述雷達液位計和所述差壓變送器的輸出端相連，根據測量的液面(2) 高度H和上下差壓ΔΙ^，代入分界面上層介質的液體密度P1和分界面下層介質(5) 的液體密度P 2計算得出分界面(3)的高度ti2。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述雷達液位計採用頂裝方式安裝，通過發射設備和接收設備在垂直方向上收發雷達波。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述差壓變送器(10)採用側裝方式安裝， 正壓取壓口(9)設置於容器最低點的同一平面上，負壓取壓口(8)設置於雷達液位計測量最高點的同一平面上。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，當被測介質具有較強腐蝕性時，在所述雷達液位計上襯F46、在所述差壓變送器上採用隔離罐。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述計算設備為DCS或PLC的可編程設備。
6.根據權利要求1-5任一所述的裝置，其特徵在於，所述分界面(3)的高度Ii2具體為 h2 = ( Δ Pa- P ig H) /g ( P 2- P》。
7.一種測量容器內介質分界面的方法，所述容器(1)內儲存有密度不同的兩層液體介質，其特徵在於，所述方法包括步驟使用安裝在所述容器(1)上的雷達液位計對上層介質的液面( 高度H進行測量；使用安裝在所述容器⑴上的差壓變送器(10)測量容器內液體的上下差壓將測量的液面O)高度H和上下差壓Δ1 輸入到計算設備，代入分界面上層介質(4) 的液體密度P1和分界面下層介質(5)的液體密度P 2計算得出分界面(3)的高度ti2。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，通過頂裝的雷達液位計測量收發雷達波的時間差計算出所述液面O)高度H。
9.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述上下差壓AI3a為通過側裝的差壓變送器測量出的正、負壓之間的壓強差。
10.根據權利要求6-8任一所述的方法，其特徵在於，所述分界面(3)的高度Ii2具體為 h2 = ( Δ Pa- P ig H) /g ( P 2- P》。
全文摘要
本發明涉及工業測量控制技術領域，提出了一種容器內介質分界面測量裝置及方法，通過雷達液位計和差壓變送器的配合使用，可方便地對容器內混合介質的高度、體積和/或重量等情況進行監控，其測量原理簡單、計算速度快、易於實現。該裝置測量精度高、對工作環境和被測介質沒有太高要求、操作安全方便、易於安裝和維護，能有效解決現有技術中介質分界面測量困難的問題。
文檔編號G01F23/14GK102252731SQ20111011818
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者何水橋, 劉進, 吳劍波, 周朝剛, 張勁松, 徐勇 申請人:中昊晨光化工研究院