怀化变压器在界面测量中的运用

     石油、化工、医药等行业中经常使用各种塔、槽、罐、反应釜等容器来储存生产过程中使用的反应物、采集物和生成物，这类介质通常没有固定的形态（一般多为气体或液体等流体），也经常是多种介质的混合物，其中，不相溶的流体混合物在容器中通常会以分层形式存在，要了解混合物组成情况、对生产过程进行精确控制，需要测量分层流体的分界面位置。但由于这些容器通常为封闭容器，其中的化工物料也通常具有毒性、腐蚀性或具有较高的危险性（如易燃易爆等），有些对储存环境也有严格的要求，借助常用工具对分界面进行人工测量显然是不现实的。

1 现状调查
    目前，测量这类容器内介质的分界面的一般方法是采用磁浮式计，使用密度位于上层流体密度和下层流体密度之间的浮子，使得浮子漂浮在分界面处，通过测量浮子位置得到各分界面位置。这种测量方法要求分界面上下介质的密度差异
大、介质洁净，对浮子材质要求也较高（介质通常具有较强的腐蚀性），为便于测量浮子体积不能太小。这种测量方法通常采用顶装式安装，而这种方式******的特点就是对其日常维护极为不便。在设备运行时，对于容器内分界面上下介质密度差异较小、介质特性复杂（如具有强腐蚀性等）时，磁浮式计正好会出现各种问题，在实际生产中经常出现测量不正常时不能维修的情况。因此这种测量方法在生产中形同虚设，不但不能给生产带来方便，还给仪表维护位增加不少工作，甚至可能会给工艺造成误操作。

    另外一个对分界面的测量方法是采用雷达计，通过识别各分界面处反射的雷达波来测定分界面位置。此测量方法要求分界面上下介质的介电常数差异大，在雷达计安装完毕后须通过其软件对雷达计进行滤波调试，对于分界面上下介电常数差异小的介质调试很难成功。对于具有腐蚀性的介质界面测量，雷达计还须选用防腐性雷达计。可见，对于分界面的测量（特别是对介质介电常数差异小或具有腐蚀性介质），采用雷达计不但投资大，而且存在调试不成功而不能测量的风险。

    综上所述，我们可以看出以上两种对于容器内界面的测量方法，在实际的生产过程中均各自存在较大的弊端。对于容器内分界面的测量，两种测量方法对于介质的要求都非常苛刻，且具有投资大和有不能正常测量风险存在的特点。对于存在于容器内的两种介质密度差异小、介电常数相差小、腐蚀性强的分界面测量，采用上述两种常规的直接测量方法很难达到真正的测量目的。在实际生产中我们应用目前自动化行业的先进技术通过多次实验，针对现场特定条件提出了一种通过怀化变压器测量上下界面压差，间接测量容器内界面的方法。在实际的生产测量中在我位已广泛使用，深受使用位的欢迎。

2 工作原理
2.1 原理及方法

    针对现有技术的缺点，根据物理力学理论基础，结合现场工艺的特殊性，提出了对充满容器内两介质分界面测量的新思路。即通过怀化变压器对容器内界面上下固定两点间压差的测量，再利用目前控制系统（DCS或PLC等）的可编程技术，计算出容器内分界面的具体位置。根据力学有所不同我们知道：界面上下介质密度的不同，如果分界面上下介质在固定区间内所占比例不同，区间内的压差值则不同，且存在一定的数学关系。经过推理和不断实践，我们实现了对存在于容器内的两种介质密度差异小、介电常数相差小、腐蚀性强、测量精度要求高、工艺介质特性复杂的分界面测量。

2.2 原理图标注说明
1：容器；
2：容器内介质1，密度为ρ1；
3：容器内介质2，密度为ρ2；
4：容器上部取压口（怀化变压器负压）；
5：容器下部取压口（怀化变压器正压）；
6：怀化变压器（式）；
7：容器上部进料口；
8：容器下部进料口；
9：容器上部出料口；
10：容器下部出料口；
H：怀化变压器正、负取压口间距（固定距离）；
h1：容器上部取压口距界面距离；
h2：容器下部取压口距界面距离。
注：图中容器内横线表示界面以上介质、斜线表示界面以下介质。

3 技术方案

为实现上述目的，采用如下技术方案：
怀化变压器的选用及安装调试
怀化变压器的此装置中的作用是：在生产过程中检测出容器正、负取压口间的压差值。在这种特殊条件下怀化变压器******选用式怀化变压器，以避免其负压带来其它外界干扰因素。怀化变压器的安装方式为连接，怀化变压器的量程******设置为ρ2gH（位为Pa）。怀化变压器的标定方法是：按原理图在容器上安装后，在怀化变压器正负压受力为零的条件下，通过手操器（带HART协议功能）对其零位和量程进行设定，主要目的是迁移怀化变压器毛细管内硅油给其负压室带来的固定。

主要计算设备介绍及实现方法

    根据各位实际情况可采用集散控制系统（DistributedControl System）或可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogic Controller）采集现场怀化变压器输出信号（4~20mA）。利用系统的可编程功能可计算出容器内介面的具体位置。由原理图可得已知条件：怀化变压器测量的容器上下Δ Pa、怀化变压器正负压间距离H、分界面上层介质2的密度ρ1、分界面下层介质3的密度ρ2。由原理图不难得出如下公式：

Δ Pa=ρ1gh1+ρ2gh2 （1）

由原理图可知：H=h1+h2 （2）

由式（1）、式（2）得：

Δ Pa=ρ1g（H-h2）+ρ2gh2=ρ1gH+gh2（ρ2-ρ1）

H怀化变压器正负压间距离；
ρ1表示分界面上介质密度；
ρ2表示分界面下介质密度；
h1表示分界面上介质离界面高度；
h2表示分界面高度；
g为当地重力加速度常数。

由此可见，计算设备根据固定值H和 Δ Pa代入上下介质密度ρ1及ρ2计算，得出分界面高度h2。

此外，当被测介质具有较强腐蚀性时，在怀化变压器应采用相对应的防腐怀化变压器。就能够有效地解决该装置的抗腐蚀问题。对于测量要求高低用户可自由选用不同档次的怀化变压器。

4 效 果
    本方案测量原理简、计算速度快、易于实现且对高度、体积和/或重量数据均可进行监控，可以根据工艺要求对容器内的两种液体介质进行方便的监控，从而对容器内的界面、进行有效的控制。