1、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
2、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
3、 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 ：P=H* ， （
4、其中 H 是 液位高 度， 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
5、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：30M 3 卧罐 、60 M 3 卧罐和 60 M 3 立罐 ； 如图 所示。 这两张图 片比较 有 代表性的 展示了 60M 3 立罐和 卧罐压 差 液位仪 安装位置 的特点 ， 在 60M 3 卧罐上 压差 液位仪引 压管出 口 基本上都 是 位于储罐 中
6、轴线 高 度附近。而 60M 3 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 M 3 卧罐多用 于箱式 撬 装设备 ， 类似 于 60M 3 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
7、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，
8、所 以从 e 端到 a 端的温度 是 一个渐变 的过程 ， 温差 T=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
9、布图： 在 温度低于-110 o 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 H =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
10、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=H + 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 。 欢迎讨论 ！ 陈飞 QQ：29944317
