吹气式差压液位计节能改造

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摘要：吹气式差压液位计主要运用于介质易挥发或粘度较大、低温易凝固、精度要求不高、有足够不间断N2供应的工况中。随着仪器仪表的发展，该种测量液位的方式已经不能满足工业精细测量及节能要求，由此，可选择ERS差压液位计或雷达液位计在不同工况中进行替换，以便提供测量精度及实现节能要求。

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背景介绍

在造纸、化工、煤化工等类型的工厂有大量的储罐需要进行液位测量，液位测量的精度直接影响了工厂是否能够生产出质量合格的产品，而液位测量的精度需依据工况条件对液位测量仪表进行合理选型才能得到保证。

本文重点讨论的是在老旧工厂内因工况条件选择吹气式差压液位计进行测量液位的劣势，同时叙述雷达液位计、ERS差压液位计在该工况条件下的优势。

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吹气式差压液位计、雷达液位计及ERS差压液位计测量原理

吹气式差压液位计工作原理：高压侧压力测量点采用罐底侧面开法兰口，连接单法兰差压液位计，直接测量高压侧压力。低压侧压力测量点采用的是以消耗N2的方式，将罐顶压力传导至差压变送器的低压侧。

吹气式差压液位计安装方式如下图所示：

差压变送器通过以下公式计算出液位的高度：

         ΔP=ρgh，ΔP=P2-P1

其中：ΔP：压差

       P2：高压侧压强

       P1：低压侧压强

       ρ：测量液体密度

        g：重力加速度

        h：测量液体液位高度

雷达液位计工作原理：

雷达传感计的天线以波束的形式发射电磁波信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。.

雷达液位计如下图所示：

雷达液位计液位计算公式：

               L=E-D

              D=C×T/2

         L：物位

   D：距离物料表面的距离

        T：脉冲的时间行程

        C：光速

        E：空罐的距离

ERS差压液位计为EMERSON公司旗下罗斯蒙特ROSEMOUNT推出的新一代液位测量仪表，现已广泛运用于造纸、化工、煤化工等领域，并取得了良好的运用效果，为业主提供了良好的测量精度及节约了测量能源消耗。

ERS差压液位计工作原理：高压侧压力测量点采用罐底侧面开法兰口，连接单法兰差压液位计，直接侧脸高压侧压力。低压侧压力测量点采用罐顶开法兰口，连接罐顶压力变送器，罐顶压力变送器通过电缆与罐底单法兰差压液位计进行连接，由于罐底单法兰差压液位计带有运算功能模块，经计算后得出相应的液位值。

ERS差压液位计的安装方式如下所示：

ERS差压变送器通过以下公式计算出液位的高度：

ΔP=ρgh，ΔP=PHI-PLO

其中：ΔP：压差

      PHI：高压侧压强

      PLO：低压侧压强

      ρ：测量液体密度

       g：重力加速度

       h：测量液体液位高度

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吹气式差压液位计及ERS差压液位计优劣对比

由两种差压液位计测量原理及安装方式可知，吹气式和ERS各有优劣，如下表所示：

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理论计算数据对比

4.1 三种液位计技术参数对比

     
      备注：测量精度以10米储罐作为参考测量储罐。

4.2 吹气式差压液位计额外能耗计算

4.3    针对改造项目及新建项目中，三种液位计费用对比

     4.3.1 改造现有的吹气式差压液位计

由此，进行对吹气式差压液位计的改造， 能够得到以下结论：

     由此，进行对吹气式差压液位计的改造，能够得到以下结论：

    单法兰吹气式差压液位计、雷达液位计、ERS差压液位计三者进行费用核算后，得出费用曲线：

      1）当不进行改造时，每年单法兰吹气式差压液位计需要持续不断地消耗N2，每年消耗N2的费用约为780元。如蓝线所示，呈递增形式。

      2）当对吹气式进行改造时，依据新增安装材料、可回收安装材料、施工费用三者计算结果得出单次改造所需费用，由于改造后不需要消耗N2，因此只有改造施工费用。如暗红色线为雷达液位计改造费用、浅绿色为ERS差压液位计改造费用。

      3）由2016年开始，10.8年（2027年）能够收回雷达液位计的施工改造成本，14.4年（2030年）能够收回ERS差压液位计的施工改造成本。

      4）改造后两种液位计节能费用如下所示：

        双法兰吹气式差压液位计、雷达液位计、ERS差压液位计三者进行费用核算后，得出费用曲线：

       1）当不进行改造时，每年双法兰吹气式差压液位计需要持续不断地消耗N2，每年消耗N2的费用约为1560元。如蓝线所示，呈递增形式。

      2）当对吹气式进行改造时，依据新增安装材料、可回收安装材料、施工费用三者计算结果得出单次改造所需费用，由于改造后不需要消耗N2，因此只有改造施工费用。如暗红色线为雷达液位计改造费用、浅绿色为ERS差压液位计改造费用。

     3）由2016年开始，5.4年（2021年）能够收回雷达液位计的施工改造成本，7.2年（2023年）能够收回ERS差压液位计的施工改造成本。

     4）改造后两种液位计节能费用如下所示：

4.3.2 新建项目中三种液位计对比

  单法兰吹气式差压液位计、雷达液位计、ERS差压液位计三者进行费用核算后，得出费用曲线：

       1） 每年单法兰吹气式差压液位计需要持续不断地消耗N2，每年消耗N2的费用约为780元。如蓝线所示，呈递增形式。

       2） 依据新增安装材料计算结果得出新建所需费用，由于雷达和ERS不需要消耗N2，因此只有施工费用。如暗红色线为雷达液位计施工费用、浅绿色为ERS差压液位计施工费用。

       3） 由2016年开始，ERS差压液位计的施工费用是最低的，为48220元。雷达液位计的施工费用是最高的，为56250元。

        而单法兰吹气式差压液位计因每年需要消耗N2，由此使用越久，所需总费用越高。新建费用为51550元，在6年后（即2022年）将超过雷达液位计施工费用，并继续不断增加。

        4）新建项目中，两种液位计节能费用如下所示：

双法兰吹气式差压液位计、雷达液位计、ERS差压液位计三者进行费用核算后，得出费用曲线：

       1） 每年双法兰吹气式差压液位计需要持续不断地消耗N2，每年消耗N2的费用约为1560元。如蓝线所示，呈递增形式。

       2） 依据新增安装材料计算结果得出新建所需费用，由于雷达和ERS不需要消耗N2，因此只有施工费用。如暗红色线为雷达液位计施工费用、浅绿色为ERS差压液位计施工费用。

       3） 由2016年开始，ERS差压液位计的施工费用是最低的，为48220元。雷达液位计的施工费用是最高的，为56250元。

       而双法兰吹气式差压液位计因每年需要消耗N2，由此使用越久，所需总费用越高。新建费用为51550元，在3年后（即2019年）将超过雷达液位计施工费用，并继续不断增加。

      4）新建项目中，两种液位计节能费用如下所示：

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总结

      1. 对于改造方案中，单法兰吹气式差压液位计需要10.8年能够收回雷达液位计的施工改造成本，14.4年能够收回ERS差压液位计的施工改造成本。双法兰吹气式差压液位计需要5.4年能够收回雷达液位计的施工改造成本，7.2年能够收回ERS差压液位计的施工改造成本。

       2. 对于新建方案中，ERS差压液位计施工费用是最低的，雷达液位计施工费用是最高的。同时，单法兰吹气式差压液位计和双法兰吹气式差压液位计的施工费用介于两者之间，但是其需要消耗N2，故而总费用在逐年增加，单法兰吹气式差压液位计将在6年后超过雷达液位计施工费用，并继续不断增加；双法兰吹气式差压液位计将在3年后超过雷达液位计施工费用，并继续不断增加。

作者：胡克勤，温圣达

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