大型球罐物位测量新方法

大型球罐物位测量新方法

---美国Kistler-Morse公司贴片式重量料位计

         球罐作为一种大容量、承压的球形储存容器，在石油炼制工业和石油化工中广泛应用于用于贮存和运输液态或气态物料。由于球罐中间半径大，上下端半径小，导致测量结果为非线性，很难实际反映出内部实际物料的数量。而且球罐内部存在高压，通常具有易燃易爆等特性，安装和维护设备也较为困难。

一、典型案例问题描述

某化工客户现场有8个3000m3的球罐，内部装有用于生产丁辛醇的原料——丙烯。原先采用的雷达液位计每年需要定期维护，维护时需要移转罐体内的丙烯且不能抽取干净，维护人员安全不能保证，并且由于丙烯的市场价格较高，每次维护库区都会损失20万以上的丙烯原料。对于此种方案维护费用大但寻找不到合适的方案解决。

图1 现场八个3000m3的球罐

一、贴片式重量料位计——球罐物位测量新方法

1965年，Kistler先生和Morse先生开创了广受欢迎的贴片式测量技术，这种独特的技术可以适合在各类钢制焊接容器上使用。该技术不采用传统的测量方法，而是通过直接检测支撑结构上的应力变化来反映物料重量。

型材受到拉力时变长       型材受到压力时缩短

图2 型材形变微观示意图

金属焊接容器大多通过支撑腿、横梁或者裙座作为支撑结构。在往料仓加料卸料的过程中，支撑结构会发生弹性形变：对支撑结构施压力长度会压缩，释放压力后形变恢复；对支撑结构施拉力长度会拉伸，释放应力后形变恢复。

图3 美国KM公司的贴片式传感器安装示意

贴片式称重料位计正是利用了支撑结构受力形变的这一个特性，它具有极高的灵敏度，可以准确地检测出这些金属的微小形变。只要将传感器用特制的螺栓紧密贴合在容器的支撑结构上，就组成了一个料位测量系统。

贴片式重量物位计核心部件是一个高灵敏度的贴片式称重传感器。只要用2个螺栓将Microcell 传感器固定在容器支撑结构上时，该容器即可成为一个称重系统。往容器内加载物料即会压紧应变片，改变传感器内电阻，进而产生与物料重量变化相称的电信号。

图4 美国KM公司的Microcell传感器

二、方案设计

现场料仓3000m3，物料密度大约在0.515左右，最大容量大约为1500T，为了防止爆仓最大加载量控制在1200T以内。我们现场观察，料仓有12个圆管钢作为支撑腿，材质为碳钢，支撑腿尺寸为630mm X 16mm。支撑腿之间有少量的加强筋保持设备的稳固，基本没有其他大型刚性连接，整个料仓结构非常适合贴片式称重系统的安装。

图5 料仓基本结构示意图

我们根据客户提供的数据得到以下参数：

         总重：3000m3x 0.515 kg/m3＝1500T；

         支腿截面积：3.14 x630mm x 16mm＝31651.2mm2；

         1000T时的压强：1,000,000kg/(12 x 31651.2mm2)＝2.63kg/mm2；

         800T时的压强：800,000kg/(12 x 31651.2mm2)＝2.11kg/mm2；

         500T时的压强：500,000kg/(12 x 31651.2mm2)＝1.32kg/mm2；

图6 直撑式料仓精度表

根据直撑式精度表可得：

         1000T精度在2.8％；即精度在+/-28 T左右

         800T精度在3.5％；即精度在+/-28 T左右

         500T精度在4.2％；即精度在+/-21 T左右

结论：这个系统结构可靠，符合现场的使用要求。

三、项目实施

根据现场情况，将12个Microcell传感器分别固定在12个料仓支腿上，并将传感器发出的高灵敏度压差信号送入Kistler-Morse公司专门设计的称重显示控制器中，经过滤波、发送、信号转换的方式输出为4～20ma信号，接入客户的上位机系统中。

图7 Microcell传感器安装位置示意

四、数据测试

现场料仓容量巨大，如果直接校准耗时耗力。KM公司的称重显示控制器自带免砝码校准功能，只要简单几个步骤，就可以在极短的时间内快速校准设备，使其进入正在工作状态。

我们往料仓中加料观察线性，如果产品线性良好则证明产品的精度较好。我们使用罐车往料仓中打物料，每次打入22T并观察重量变化。经过测算，在内部有800T物料情况下，每加载22T物料误差仅为1T，在大量加载卸载物料情况下，误差在精度满足设计要求的3.5％。

五、结论

由此可见，美国KM公司贴片式称重料位计非常适合统计这种大容量球罐液位变化，并且系统安装简单、后续维护便捷、精度可靠、性能稳定，具有非常广泛的应用。

六、关于Kistler-Morse公司

Kistler-Morse公司（简称KM）位于美国南卡罗莱纳州的Spartanburg市，公司成立于20世纪60年代。专注于称重物位计、超声波物位计的设计生产与销售。其设计独特的贴片式称重产品以其简便快捷的安装方式和稳定的性能得到广泛的认可。经过半个多世纪的发展，我们在钢铁、电力、水泥、有色金属、食品等行业具备了丰富的应用经验。