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专利名称：一种液位测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对合成气冷却器的液位进行测量的装置。
背景技术：
在化工产业中，通过测量合成气冷却器的液位来保护气化炉反应器的升温过程，维持气化炉反应器的正常工作状态，维护气化装置正常运行以及安全。准确测量合成气冷却器的液位对气化炉反应器的安全非常重要。正常运行情况下，合成气冷却器的压力在12. 3 13. 5MpaG，水温高达327°C 350°C，由于温度和压力是波动的，造成水的密度随之波动，这样，就会造成液位测量的不准确。因此，在此温度压力下如何长期、稳定、准确的测得水的密度，是需要解决的主要问题。目前大部分的液位测量装置，如调节和保护用的锅炉汽包液位计采用平衡容器测量原理，如图I所示，将汽包I’液位上下管口用连通管2’分别连接到双室平衡容器3’，再 在双室平衡容器3’上分别开取上取压口 41’、42’、43’和下取压口 44’、45’、46’，三个液位变送器51’、52’、53’分别连接到其中的一对上取压口和下取压口，汽包I’的顶部引出一根盲管6’，三个差压变送器71’、72’、73’分别连接到盲管6’，三个液位变送器51’、52’、53’和三个差压变送器71’、72’、73’分别连接到压力补偿运算模块81’、82’、83’ ；通过设置的差压变送器71’、72’、73’测量出汽包I’顶部饱和蒸汽的压力，即汽包I’内部饱和蒸汽的压力，由此可以换算出该压力下饱和水的密度；饱和蒸汽在双室平衡容器3’中凝结释放热量，对其内的正压补偿管和负压补偿管加热，并且双室平衡容器3’外层加以足够的保护层，减少了热量损失，使双室平衡容器3’的温度接近于汽包I’内水的温度，从而使正压补偿管及负压补偿管内水的密度在任何工况下都近似等于汽包I’内水的密度；又由于正确的选择正压补偿管的高度，在汽包I’水位一定时，使汽包I’内的压力无论如何变化，正压补偿管的压力与负压补偿管的压力变化值均相等，因此双室平衡容器3’输出的差压不变；通过液位变送器51’、52’、53’测量出了差压，以及测出的压力换算出饱和水的密度，即可通过压力补偿运算模块81’、82’、83’测量液位的计算公式换算出汽包I’液位高度；压力补偿运算模块81’、82’、83’得出的数据再通过运算模块9’取平均值后通过联锁动作模块10’去控制气化炉的动作，如液位过低时控制气化炉停车等。上述这种测量装置存在如下的缺点1.双室平衡容器内的介质密度只能和汽包内介质密度相近，当双室平衡容器的保温不够理想时，测量误差大；2.双室平衡容器的长度一般在2000mm以下，超过2000mm的双室平衡容器的误差大，重量重，安装困难，基本不使用；3.只能测量介质为饱和水、饱和蒸汽的液位，当介质为非饱和水、非饱和蒸汽时，通过测量压力并不能换算出介质相应的密度。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不仅能对测量介质为饱和蒸汽、饱和水的液位测量进行密度补偿，还可以对测量介质为非饱和蒸汽、非饱和水的液位测量进行密度补偿，同时适用于液位测量范围较大的场合的液位测量装置。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种液位测量装置，包括连接到立式的合成气冷却器的多个液位变送器和差压变送器，其特征在于，每个所述液位变送器的与所述合成气冷却器连接的液位上接口等高，每个所述液位变送器的与所述合成气冷却器连接的液位下接口等高，每个所述液位上接口与每个液位下接口之间均具有第一间距值，每个所述差压变送器的与所述合成气冷却器连接的差压上接口等高，每个所述差压变送器的与所述合成气冷却器连接的差压下接口等高，每个所述差压上接口与每个差压下接口之间均具有第二间距值，所述液位上接口的位置位于所述合成气冷却器内的液面以上，所述液位下接口、差压上接口和差压下接口的位置位于所述合成气冷却器内的液面以下。连接到所述液位变送器的负压室的导压管的最高点设置有冷凝容器，所述冷凝容器的中心高度和所述液位上接口的中心等高，以保证连接液位变送器内的负压室的导压管可充满液体。 所述液位变送器和所述差压变送器的输出端分别连接到压力补偿运算模块，所述压力补偿运算模块的输出端连接到均值运算模块，所述均值运算模块的输出端连接到根据所述均值运算模块的结果调节所述合成气冷却器的水量的调节模块，由于液位数据对于气化炉的控制较为重要，取均值以减小测量误差的影响，提高控制的精度。优选的，液位变送器和差压变送器均为三个，所述液位变送器包括第一液位变送器、第二液位变送器和第三液位变送器，所述差压变送器包括第一差压变送器、第二差压变送器和第三差压变送器，所述第一液位变送器和第一差压变送器的输出端连接到第一压力补偿运算模块，所述第二液位变送器和第二差压变送器的输出端连接到第二压力补偿运算模块，所述第三液位变送器和第一差压变送器的输出端连接到第三压力补偿运算模块，所述第一压力补偿运算模块、第二压力补偿运算模块和第三压力补偿运算模块的输出端连接到所述均值运算模块。所述第一液位变送器和第一差压变送器的输出端还连接到第四压力补偿运算模块，所述第二液位变送器和第二差压变送器的输出端还连接到第五压力补偿运算模块，所述第三液位变送器和第一差压变送器的输出端还连接到第六压力补偿运算模块，所述第四压力补偿运算模块、第五压力补偿运算模块和第六压力补偿运算模块的输出端连接到对上述三个压力补偿运算模块的运算值进行三取二逻辑的联锁控制模块。与现有技术相比，本发明的优点在于采用差压变送器上下接口均在液面以下的方法来测量水的密度，合成气冷却器内水和蒸汽达到平衡时，不管是否为饱和水、饱和蒸汽或非饱和水、非饱和蒸汽时，都可以通过本测量装置换算出水的密度，进行液位测量的密度补偿；测量液位的范围比较大，不受液位测量接口高度的限制；现场的安装比较容易，不受现场安装条件的限制。


图I为现有技术的液位测量装置示意图；图2为本发明的液位测量装置示意图；图3为本发明的变送器与汽包的连接方式示意图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。参见图2，一种液位测量装置，用于测量合成气冷却器I的液位，合成气冷却器I为立式，当其运行时，在本实施例中，液位在(T6600mm间波动，其内部蒸汽的正常操作温度为327°C，压力为12. 3MPaG，最大操作温度为350°C，压力为13. 5MpaG。设置有三个液位变送器，第一液位变送器21、第二液位变送器22和第三液位变送器23来测量合成气冷却器I水的密度；设置三个差压变送器，第一差压变送器31、第二差压变送器32和第三差压变送器33来测量合成气冷却器I内水的密度，以保证密度测量的可靠性和准确性。

合成气冷却器I上设有三个液位上接口，第一液位上接口 211、第二液位上接口221以及第三液位上接口 231，三个液位下接口，第一液位下接口 212、第二液位下接口 222以及第三液位下接口 232，第一液位变送器21的输入端分别连接到第一液位上接口 211和第一液位下接口 212，第二液位变送器22的输入端分别连接到第二液位上接口 221和第二液位下接口 222，第三液位变送器23的输入端分别连接到第三液位上接口 231和第三液位下接口 232;上述第一液位变送器21的输出端分别连接到第一压力补偿运算模块41和第二压力补偿运算模块42，第二液位变送器22的输出端分别连接到第三压力补偿运算模块43和第四压力补偿运算模块44，第三液位变送器23的输出端分别连接到第五压力补偿运算模块45和第六压力补偿运算模块46。合成气冷却器I上还设有三个差压上接口，第一差压上接口 311、第二差压上接口321以及第三差压上接口 331，三个差压下接口，第一差压下接口 312、第二差压下接口 322以及第三差压下接口 332，第一差压变送器31的输入端分别连接到第一差压上接口 311和第一差压下接口 312，第二差压变送器32的输入端分别连接到第二差压上接口 321和第二差压下接口 322，第三差压变送器33的输入端分别连接到第三差压上接口 331和第三差压下接口 332;上述第一差压变送器31的输出端分别连接到第一压力补偿运算模块41和第四压力补偿运算模块44，第二差压变送器32的输出端分别连接到第二压力补偿运算模块42和第五压力补偿运算模块45，第三差压变送器33的输出端分别连接到第三压力补偿运算模块43和第六压力补偿运算模块46。第一压力补偿运算模块41、第二压力补偿运算模块42和第三压力补偿运算模块43的输出端连接到均值运算模块47，均值运算模块47的输出端连接到调节模块48，调节模块48根据均值运算模块47的结果调节阀门。第四压力补偿运算模块44、第五压力补偿运算模块45和第六压力补偿运算模块46的输出端连接到联锁控制模块49，通过三取二逻辑运算结果对气化炉进行联锁保护。参见图3，第一液位下接口 212、第二液位下接口 222和第三液位下接口 232等高，第一液位上接口 211、第二液位上接口 221和第三液位上接口 231等高，每个液位上接口与液位下接口之间均具有第一间距值，在本实施例中，第一间距值为6600mm，该间距值根据合成气冷却器I的大小和液位测量的范围变化；第一差压上接口 311、第二差压上接口 321和第三差压上接口 331与液位长接口等高，第一差压下接口 312、第二差压下接口 322和第三差压下接口 332等高，每个差压上接口与差压下接口之间均具有第二间距值，在本实施例中，第二间距值为600mm，同样的，该间距值根据合成气冷却器I的大小和液位测量的范围变化。液位变送器的安装位置低于液位下接口，差压变送器的安装位置低于差压下接口(图3中以第一液位变送器21、第一差压变送器31为例，其余同)。当气化炉运行后，第一液位变送器21有读数显示时，第一差压上接口 311和第一差压下接口 312均在合成气冷却器I内的液面以下，连接第一差压变送器31内的正负压室的导压管313、314均可充满液体。第一液位下接口 212在液面以下，连接第一液位变送器21内的正压室的导压管213可充满液体。合成气冷却器I的液位在(T6600mm间波动，因此第一液位上接口 211始终充满蒸汽，为保证连接第一液位变送器21内的负压室的导压管214可充满液体，需要在此管路的最高点增加一个冷凝容器215，冷凝容器215的中心高度和第一液位上接口 211的中心等高。气化炉开车运行前，通过冷凝容器215将第一液位变送器21内的负压室一侧导压管214注满水，以保证冷凝容器215后的导压管214内无蒸汽或气体。
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当合成气冷却器I内实际液位为h时，合成气冷却器I内水的密度为P，第一差压变送器31两侧导压管313、314的介质密度为P 1，第一液位变送器21两侧导压管213、214的介质密度为P 2，第一液位变送器21测得的压差为Λ P液位=hX P-HX P 2，..................(I)则h=(ΛΡ液位+HX p2)/p，.................. (2)此时第一差压变送器31测得的压差为Λ P 差压=hi X P-hi X P 1，..................(3)当气化炉正常运行时，合成气冷却器I内的蒸汽温度和压力是不停变化的，所以合成气冷却器I内水的密度P在不断的变化，无法确切的知道P的数值，就无法计算出h的数值，需要通过第一差压变送器31的测量，换算出P的实时数值。将公式(3)变化，则P = (Δ P差压/hl) P 1，..................(4)将公式(4)代入公式(2 )，得h = (Δ P液位十 HX P 2) / (Δ Paffi/hl) +Pl, ..................(5)公式(5)中，H、hl为已知量，Λ P液位、Λ测量值，只要知道了 P I、P 2的值，第一压力补偿运算模块41就可以计算出合成气冷却器的实际液位高度h。第一液位变送器21以及第一差压变送器31两侧导压管内的介质处于不流动状态，其温度比合成气冷却器I内温度低很多。将导压管外进行保温处理后，根据实际经验和现场实测，导压管内水的温度为60°C，该温度下导压管内水的密度P I = P 2 = 988kg/m3，将P I、P 2代入公式(5)，即可得出h的数值，达到测量出合成气冷却器I液位准确的实际的数值。同样的，第二压力补偿运算模块42至第六压力补偿运算模块46都可以通过同样的方法计算出合成气冷却器I内的液位值。均值运算模块47将第一压力补偿运算模块41、第二压力补偿运算模块42和第三压力补偿运算模块43计算出的液位值取平均值(避免测量误差的影响，确保测量的准确性)后输出到调节模块48，从而调节入口合成气冷却器I水的进量或合成气冷却器I的排放量；联锁控制模块49根据第四压力补偿运算模块44、第五压力补偿运算模块45和第六压力补偿运算模块46计算出的液位值，当其中两个数值超标时，则控制气化炉停车，以达到安全、可靠的运行气化装置的目的。当导压管内介质的操作温度低于300°C时，可以采用远传式液位变送器和远传式差压变送器。 以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种液位测量装置，包括连接到立式的合成气冷却器(I)的多个液位变送器和差压变送器，其特征在于，每个所述液位变送器的与所述合成气冷却器(I)连接的液位上接口等高，每个所述液位变送器的与所述合成气冷却器(I)连接的液位下接口等高，每个所述液位上接口与每个液位下接口之间均具有第一间距值，每个所述差压变送器的与所述合成气冷却器(I)连接的差压上接口等高，每个所述差压变送器的与所述合成气冷却器(I)连接的差压下接口等高，每个所述差压上接口与每个差压下接口之间均具有第二间距值，所述液位上接口的位置位于所述合成气冷却器(I)内的液面以上，所述液位下接口、差压上接口和差压下接口的位置位于所述合成气冷却器(I)内的液面以下。
2.如权利要求I所述的液位测量装置，其特征在于，连接到所述液位变送器的负压室的导压管的最高点设置有冷凝容器，所述冷凝容器的中心高度和所述液位上接口的中心等闻。
3.如权利要求I或2所述的液位测量装置，所述液位变送器和所述差压变送器的输出端分别连接到压力补偿运算模块，所述压力补偿运算模块的输出端连接到均值运算模块(47)，所述均值运算模块(47)的输出端连接到根据所述均值运算模块(47)的结果调节所述合成气冷却器(I)的水量的调节模块(48)。
4.如权利要求3所述的液位测量装置，其特征在于，所述液位变送器包括第一液位变送器(21)、第二液位变送器(22)和第三液位变送器(23)，所述差压变送器包括第一差压变送器(31)、第二差压变送器(32)和第三差压变送器(33)，所述第一液位变送器(21)和第一差压变送器(31)的输出端连接到第一压力补偿运算模块(41)，所述第二液位变送器(22)和第二差压变送器(32)的输出端连接到第二压力补偿运算模块(42)，所述第三液位变送器(23)和第一差压变送器(33)的输出端连接到第三压力补偿运算模块(43)，所述第一压力补偿运算模块(41)、第二压力补偿运算模块(42)和第三压力补偿运算模块(43)的输出端连接到所述均值运算模块(47)。
5.如权利要求4所述的液位测量装置，其特征在于，所述第一液位变送器(21)和第一差压变送器(31)的输出端还连接到第四压力补偿运算模块(44)，所述第二液位变送器(22)和第二差压变送器(32)的输出端还连接到第五压力补偿运算模块(45)，所述第三液位变送器(23)和第一差压变送器(33)的输出端还连接到第六压力补偿运算模块(46)，所述第四压力补偿运算模块(44)、第五压力补偿运算模块(45)和第六压力补偿运算模块(46)的输出端连接到对上述三个压力补偿运算模块的运算值进行三取二逻辑的联锁控制模块(49)。
全文摘要
本发明公开了一种液位测量装置，包括连接到立式的合成气冷却器的多个液位变送器和差压变送器，每个液位变送器的与合成气冷却器连接的液位上接口等高，每个液位变送器的与合成气冷却器连接的液位下接口等高，每个差压变送器的与合成气冷却器连接的差压上接口等高，每个差压变送器的与合成气冷却器连接的差压下接口等高，液位上接口的位置位于合成气冷却器内的液面以上，液位下接口、差压上接口和差压下接口的位置位于合成气冷却器内的液面以下。差压变送器上下接口均在液面以下，当合成气冷却器内水和蒸汽达到平衡时，不管是否为饱和水、饱和蒸汽或非饱和水、非饱和蒸汽时，都可以通过本测量装置换算出水的密度。
文档编号G01F23/14GK102840896SQ20121032623
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者王同尧, 严春明, 孙宏, 叶威威, 施程亮, 韩振飞, 施建设, 汉建德, 邓丽君, 王丽娜, 王洁, 赵琼 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化宁波工程有限公司, 中石化宁波技术研究院有限公司