Классификация уровнемеров

ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

Классификация уровнемеров

Существует широкая номенклатура средств контроля и измерения уровня, принцип работы которых основан на различных физических методах: поплавковый, буйковый, емкостный, гидростатического давления, ультразвуковой, радарный и др.

Эти методы и средства позволяют контролировать уровень различных сред: жидких (чистых, загрязненных), пульп, нефтепродуктов, сыпучих твердых различной дисперсности.

Помимо классификации уровнемеров по принципу действия, эти приборы по назначению делятся на:

– приборы для непрерывного слежения за уровнем;

– приборы для сигнализации о предельных значениях уровня (сигнализаторы уровня).

Устройства для измерения уровня жидкостей можно подразделить на следующие виды:

– визуальные;

– поплавковые, в которых для измерения уровня используется поплавок или другое тело, находящееся на поверхности жидкости;

– буйковые, в которых для измерения уровня используется массивное тело (буек), частично погружаемое в жидкость;

– гидростатические, основанные на измерении гидростатического давления столба жидкости;

– электрические, в которых величины электрических параметров зависят от уровня жидкости;

– ультразвуковые, основанные на принципе отражения от поверхности звуковых волн;

– радарные и волноводные, основанные на принципе отражения от поверхности сигнала высокой частоты (СВЧ);

– радиоизотопные, основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня жидкости.

При выборе уровнемера необходимо учитывать такие физические и химические свойства контролируемой среды, как температура, абразивные свойства, вязкость, электрическая проводимость, химическая агрессивность и т.д. Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в резервуаре или около него: давление, вакуум, нагревание, охлаждение, способ заполнения или опорожнения (пневматический или механический), наличие устройства перемешивания, огнеопасность, взрывоопасность и другие.

Рассмотрим некоторые из видов более подробно.

Визуальные уровнемеры

Простейшим измерителем уровня жидкости служат указательные стекла. Работа указательных стекол основана на принципе сообщающихся сосудов.Указательное стекло соединяют с сосудом нижним концом (для открытых сосудов) или обоими концами (для сосудов с избыточным давлением или разрежением). Наблюдая за положением уровня жидкости в стеклянной трубке, можно судить об изменении уровня в сосуде. Указательные стекла снабжают вентилями или кранами для отключения их от сосуда и продувки системы.

Поплавковые уровнемеры

Принцип действия поплавковых уровнемеров основан на определении расстояния до поплавка, находящегося на поверхности жидкости или разделе фаз двух жидкостей. Обычно в поплавке установлен магнит, и электронная схема определяет его местоположение по взаимодействию электрического сигнала или электронных компонентов датчика с магнитом поплавка. Основными представителями данного вида уровнемеров являются датчики серии ДУУ2М, ДУУ4М (ЗАО «Альбатрос») и ПМП -118 «НПП Сенсор».

674 Справочник мастера по добыче нефти, газа и конденсата

Буйковые уровнемеры

В основу работы буйковых уровнемеров положено физическое явление, описываемое законом Архимеда. Обычно буек выполнен в виде трубы из нержавеющей стали длиной HБ, запаянной с обеих сторон, к одному из концов которой приделан крючок. Буек находится в вертикальном положении и частично погружен в жидкость. Длина буйка HБ подбирается приближенной к максимальному измеряемому уровню в аппарате. При изменении уровня жидкости в аппарате согласно закону Архимеда вес буйка в жидкости изменяется пропорционально изменению уровня. Выталкивающая сила, действующая на буек, равна:

F = ρ gVЖ = ρ gSh,

где

ρ – плотность измеряемой жидкости;

g – ускорение свободного падения;

VЖ – объем вытесненной буйком жидкости;

S – площадь поперечного сечения буйка;

h – длина буйка, погруженного в жидкость.

На объектах ОАО «Сургутнефтегаз» из данного вида приборов применяется Сапфир-22ДУ.

Гидростатические уровнемеры

Данный метод измерения уровня основан на определении гидростатического давления, оказываемого жидкостью на дно резервуара. Величина гидростатического давления на дно резервуара РГ зависит от высоты столба жидкости над измерительным прибором h и от плотности жидкости ρ, т.е. РГ = ρ gh, соответственно, h = РГ /ρ g, где g = 9, 81 м/с2 (это справедливо только для неподвижных жидкостей).

Обычно измерение осуществляется датчиком дифференциального давления (например, Метран 22ДД), плюсовая камера которого находится максимально близко к нижнему предельному уровню, а минусовая соединена с газовым пространством над жидкостью.

Радарные уровнемеры

Радарные уровнемеры, используют явление отражения электромагнитных колебаний от плоскости раздела сред жидкость – газ. Радарные датчики уровня не имеют контакта с измеряемым объектом. Это позволяет использовать их в сложных условия, в частности, при высоком давлении, высоких температурах, при нахождении паров и газов над поверхностью. По сравнению с ультразвуковыми уровнемерами, радарные способны обеспечить большую точность измерения, обладают меньшей зоной нечувствительности, способны работать при больших давлениях в резервуаре. Датчик уровня построен по принципу радиолокатора. Принцип действия прибора заключается в следующем. Микроволновый генератор датчика уровня формирует радиосигнал, частота которого изменяется во времени по линейному закону. Этот сигнал излучается в направлении измеряемого объекта, отражается от него, и часть сигнала через определенное время, зависящее от скорости света, возвращается обратно в антенну. Излученный и отраженный сигнал смешиваются в датчике уровня, и в результате образуется сигнал, частота которого равна разности частот принятого и излученного сигнала, соответственно пропорциональна времени распространения и расстоянию от антенны до измеряемого объекта. Примерами уровнемеров данного типа могут служить ГАММА-РДУ1, Rosemount 5400, Krohne OPTIWAVE 7300 и др.

Сигнализаторы уровня

Основное отличие сигнализаторов уровня от уровнемеров заключается в том, что сигнализатор не производит текущего измерения уровня, а лишь выдает сигнал на устройство сигнализации или систему АСУТП о достижении жидкостью или другим веществом заданного уровня. Можно выделить следующие типы сигнализаторов уровня:

Уровнемеры жидкости

Уровнемеры жидкости предназначены для непрерывного контроля уровня жидкостей. Уровнемеры жидкости называют так же преобразователями уровня жидкости. На выходе уровнемера жидкости формируется либо аналоговый сигнал пропорциональный уровню жидкости, либо цифровой сигнал в формате промышленных коммуникационных сетей. Уровнемеры жидкости могут использовать контактный метод измерения, когда чувствительный элемент уровнемера соприкасается с жидкостью или бесконтактный, тогда прямого контакта частей уровнемера жидкости с измеряемой жидкостью не происходит.

Скважинные уровнемеры

Скважинные уровнемеры применяются для контроля уровня содержимого скважин, емкостей, трубопроводов и колодцев. Наиболее частое применение находят уровнемеры для скважин и для емкостей с жидкими веществами.

Тросовые скважинные уровнемеры

Гидростатические скважинные уровнемеры

Варианты исполнения скважинных уровнемеров

Для отслеживания уровня в скважине в основном используются устройства двух типов: переносные тросовые и гидростатические. Выбор зависит от конкретных задач и существующих условий.