Пьезометрический способ измерения уровня жидкости

Гидростатические и пьезометрические уровнемеры

Оба уровнемера пригодны для измерения уровня любых жидкостей. При выборе материала трубки, используемой для измерения давления, необходимо учитывать химические свойства жидкостей. Гидростатический и пневматический методы индикации уровня отличаются друг от друга тем, что при гидростатическом методе используется непосредственно давление, оказываемое жидкостью на дно резервуара, тогда как при пневматическом методе в резервуар принудительно подают воздух или защитный газ.

Гидростатические уровнемеры. Измерение уровня основано на измерении оказываемого жидкостью на дно резервуара гидростатического давления, которое измеряется в открытых резервуарах при помощи обычного или дифференциального манометра. В резервуарах, находящихся под давлением и, следовательно, представляющих собой замкнутую емкость, уровень жидкости можно измерить только дифференциальным манометром (рис. 5.99).

Величина гидростатического давления на дно резервуара зависит от высоты h столба жидкости над измерительным прибором и от плотности р жидкости. Таким образом, справедливо уравнение:

Если манометр установить не на одинаковой с днищем резервуара высоте, то произойдет смещение точки начала измерения, пропорциональное разности высот. При использовании дифференциальных манометров место установки измерительного прибора не влияет на правильность индикации, если оно находится ниже уровня днища резервуара, а измерение давления осуществляется относительно давления постоянного уровня жидкости.

Рис. 99. Схема гидростатического уровнемера

Рис. 100. Схема пьезометрического уровнемера

Пьезометрические уровнемеры. Высоту уровня жидкости измеряют по давлению воздуха или газа, барботирующего через слой жидкости. На рис. 100 показана схема подобного устройства для открытых резервуаров. В жидкость, уровень которой предстоит измерить, погружают трубку и в нее через дроссель непрерывно нагнетается сжатый воздух или защитный газ, например азот. Пневматическое давление, устанавливающееся в погружной трубке за дросселем, соответствует гидростатическому давлению над концом трубки и является тем самым мерой уровня заполнения резервуара. Материал погружной трубки выбирается в соответствии с химическими и физическими свойствами измеряемой жидкости.

Преимущество гидростатического и пневматического способов измерения уровня заключается в том, что они обладают весьма высокой эксплуатационной надежностью. Гидростатический метод можно использовать, в частности, для измерения уровня в резервуарах высокого давления. Преимущество пневматического метода состоит в том, что измерительное устройство не находится в контакте с измеряемым веществом, поэтому его очень удобно применять, измеряя уровень агрессивных, сильно загрязненных, вязких и склонных к кристаллизации жидкостей, включая пульпы, в открытых резервуарах. Указанные методы применяют в промышленности для измерения уровня жидкости также в перегонных кубах, реакторах и т. д.

Источник

Пьезометрические уровнемеры

В пьезометрических системах измерения уровня для продувания через трубку помещённую в жидкость, дозированного расхода воздуха наиболее часто применяют регуляторы расхода воздуха типа РРВ-1. Принцип действия этого регулятора основан на автоматическом поддержании постоянного перепада давления на дросселе, в результате че-го обеспечивается постоянный расход воздуха через этот дроссель.

Принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня в открытом резервуаре представлена на рис. а, б, в, г.

На рис д показана принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением. Для исключения влияния давления в резервуаре на показания прибора, измеряющего уровень жидкости, применяется дифференциальный метод измерения с двумя регуляторами расхода. От одного регулятора расхода воздух подаётся в пьезометрическую трубку, от другого в верхнюю часть резервуара над жидкостью. Разность давлений в трубках, пропорциональная уровню жидкости, измеряется дифманометром.

В системах измерения нижний конец пьезотрубки должен находится на нижнем контролируемом уровне жидкости, но не ниже 80 мм от дна резервуара.

Расход воздуха устанавливается минимальным, чтобы перепад давления на пьезотрубке был возможно меньшим, так как это определяет погрешность измерения пьезометрическим методом.

Минимальный расход воздуха обеспечивается постоянным, без запаздывания, выходом воздуха из пьезометрической трубки при изменениях уровня.

Обычно расход воздуха принимается равным 0.1 – 0.2 м3/ч. Если пренебречь перепадом давления на пьезометрической трубке, то уровень в резервуаре

где Р – давление на манометре М или перепад давления на дифманометре; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

В случае, когда измеряется уровень в резервуаре, находящемся под избыточным давлением, давление питания регулятора расхода воздуха, подающего воздух в пьезотруб-ку, должно быть:

где Ризб – избыточное давление, кПа; Нмаксρg – максимальное гидростатическое давление столба жидкости, кПа.

На рис. е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обраста-ния» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Пьезометрический метод — измерение — уровень

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении высоты столба жидкости по давлению, которое создает этот столб. [1]

Пьезометрический метод измерения уровня основан на определении разности давлений, одно из которых зависит от уровня жидкости в сосуде, а другое от давления над уровнем. [2]

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении высоты жидкости по давлению. В этом случае уровень жидкости определяют путем подключения манометра к нижней отметке емкости, продувкой воздуха или при помощи дифференциального манометра. При измерении уровня жидкости продувкой воздуха в резервуар на фиксированное расстояние опускают трубку. Расстояние от свободного конца трубки до дна резервуара должно быть не менее 75 мм. Через трубку прокачивают воздух, который, выходя из ее свободного конца пузырьками, препятствует поступлению жидкости в трубку. [3]

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении высоты столба жидкости по давлению, производимому этим столбом. [4]

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении высоты столба жидкости по давлению, которое создает этот столб. [5]

Пьезометрический метод измерения уровня основан на определении разности давлений, одно из которых зависит от уровня жидкости в сосуде, а другое от давления над уровнем. [6]

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении разности давлений двух столбов жидкости, давление в одном из которых зависит от уровня жидкости в сосуде, а во втором — от давления над уровнем. Если к нижней части резервуара присоединить манометр, то его показания будут соответствовать гидростатическому давлению жидкости в резервуаре, равному, как известно, произведению высоты уровня на удельный вес жидкости. [8]

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении высоты столба жидкости по давлению, производимому этим столбом. [10]

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении высоты столба жидкости по давлению, которое создает этот столб. [11]

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении высоты столба жидкости по давлению, производимому этим столбом. [12]

Пьезометрический метод измерения уровня кипящего раствора в выпарном аппарате также ненадежен. Это объясняется тем, что количество взвешенной NaCl в растворе не постоянно, а содержание пузырьков пара в растворе изменяется в зависимости от интенсивности кипения. Кроме того, импульсные трубки, па которым в аппарат подается воздух, забиваются солью. [13]

Недостатком пьезометрических методов измерения уровня является зависимость показаний приборов от изменения плотности и температуры жидкости. [15]

Источник

Пьезометрические системы измерения уровня

Пьезометрические системы измерения уровня применяют для конт­роля уровня жидкости в открытых емкостях или в емкостях, находя­щихся под небольшим избыточным давлением. На рис. 184 лредстав — лены принципиальные схемы измерения уровня как с помощью пьезо­трубки и манометра, так и с помощью дифференциального преобра­зователя перепада давления.

Для измерения уровня в сосудах при отсутствии давления (рис. 184, а) питающий воздух подают через редукционный пневмо­клапан 6 в стакан 4

заполненный жидкостью. Давление воздуха на выходе пневмоклапана 6 измеряют манометром 5, а расход определя­ют по числу пузырьков в стакане в единицу времени, например в минуту. Пневмоклапан 6, манометр 5 и стакан 4 объединяют в одно устройство —блок питания воздухом щитовой (БПВЩ). Воздух от БПВЩ подается в пьезотрубку 2, а уровень в емкости 1 контролиру­ется вторичным прибором 3.

При необходимости измерить уровень в сосуде под давлением (рис. 184, б) сжатый воздух подается одновременно в две трубки 2. Трубку, погруженную в сосуд, подключают к плюсовому отбору пре­образователя 7.

Для измерения уровня в сосудах под давлением без продувки сжа­тым воздухом (рис. 184, в) на высоте верхнего значения контролируе­мого уровня устанавливают уравнительный сосуд 8, соединенный с плюсовым отбором преобразователя 7. В этом случае максимальный перепад давлений будет при пустой емкости, а нулевой —при на-‘

Рис. 184. Монтаж пьезометрических преобразователей уровня в ем­кости без давления (о) и под давлением с продувкой (б) и без продувки (в) сжатым воздухом:

1 — емкость, 2— г. ьезотрубка, 3—вторичный прибор, 4—мерный стакан. 5 — техниче­ский манометр, б — редукционный пневмоклвпан, 7 — преобразователь перепада дав­ления. в— уравнительный со.;уд

полненной до верхнего предела. Поэтому шкала преобразователя в этом случае будет обратной.

Существует зависимость р = + р0, где р —давление в пьезо­

трубке, Па; Н — уровень среды над концом трубки, м; 7 — плот­ность среды, кгс/см3; р0 —давление газа над жидкостью.

Очевидно, что при постоянных 7 и р0 давление р пропорционально уровню жидкости Н.

Особое внимание должно быть уделено проверке правильности монтажа отборных устройств и преобразователей. При проверке мон­тажа систем обращают внимание на длину пьезотрубок и глубину их погружения в сосуды, места врезки питающих линий в импуль­сные и на высоту установки уравнительных сосудов. Герметичность всей системы проверяют в комплекте, включающем и БПВЩ. Диа­метр пьезотрубки выбирают в 2—3 раза большим, чем диаметр им­пульсной линии.

Перед включением в работу системы измерения необходимо убе­диться, что давление воздуха на выходе БПВЩ больше, чем давление в пьезотрубке р. Затем в уравнительные сосуды заливают жидкость.

Наладка систем на действующем оборудовании сводится к правиль­ному подбору расхода питающего воздуха. С уменьшением расхода питающего воздуха повышается точность работы системы, но снижа­ется ее быстродействие, а также повышается чувствительность системы к самым малым негерметичностям импульсных линий. При увеличе­нии расхода питающего воздуха быстродействие системы увеличивает­ся, но снижается точность ее работы.

Коэффициент приращения объема для цилиндра будет равен

Как правило, точность работы пьезометрических уровнемеров свя­зана с отклонением плотности измеряемых сред от расчетных значе­ний. При непостоянной плотности жидкости в сосуде иногда прихо­дится измерять массовое количество вещества в объеме. Для перехода к измерению количества необходимо знать приращение объема резер­вуара на единицу высоты. Для резервуаров в форме цилиндра с диа­метром D объем v будет равен

Преобразователь измерит давление р = kv 4Я,

которое будет пропорционально количеству вещества в сосуде.

Систему контроля количества вещества дополняют системой сиг­нализации предельного значения уровня, чтобы не допустить пере­полнения сосуда. Система сигнализации предельного давления в гидро­статической системе контроля количества вещества должна быть на­строена на давление р, определяемое по формуле

Источник

§ 3. Пьезометрические уровнемеры

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измере­нии высоты столба жидкости по давлению, которое создает этот столб. В этом случае уровень жидкости можно определить подклю­чением манометра к нижней отметке емкости, продувкой воздуха или при помощи .дифференциального манометра.

При измерении уровня продувкой воздуха в резервуар опуска­ют на фиксированное расстояние трубку. Расстояние от свободного конца ее до дна резервуара должно быть не менее 75 мм. Через трубку прокачивают воздух, который, выходя из свободного конца ее пузырьками, препятствует поступлению жидкости в трубку.

Давление воздуха, прокачиваемого по трубке, всегда будет рав­но гидростатическому давлению столба жидкости:

где Н—высота столба жидкости над обрезом трубки; ρ — плотность жидкости; g—ускорение свободного падения.

ри этом способе измерения уровня жидкости необходимо сле­дить, чтобы расход воздуха, протекающего по импульсной трубке, был в пределах 50—100 см 3 /мин. При продувке большего количе­ства воздуха результат измерения будет искажаться потерей напора на сопротивление его движению. При продувке меньшего объема воздуха напор, создаваемый им, будет недостаточным и изменение его, следую­щее за изменением уровня жидкости, бу­дет происходить с запаздыванием.

Этот метод был использован в раз­работанной институтом «Нефтехимавтомат» системе типа «Радиус» для измере­ния массы нефти и нефтепродуктов в ре­зервуарах.

Схема измерения показана на рис. 8.3. Установка состоит из импульсной трубки 2, опускаемой в резервуар с при­емником 1 на конце, линии питания 4, по которой прокачивается воздух, дрос­селя 5 и весомера 3. Приемник 1 предназначен для уменьшения пульсации давления воздуха при выходе пузырьков и представляет собой полый замкнутый цилиндр с гори­зонтальными щелями. Дроссель 5 предназначен для ограничения подачи воздуха в заданных пределах.

Если в импульсную трубку 2 подать сжатый воздух, то в ней установится давление, равное гидростатическому давлению столба жидкости на уровне расположения щели в приемнике. Массу жид­кости в резервуаре можно определить по формуле

где p=ρgH—гидростатическое давление столба жидкости в резер­вуаре; Fcp(H) — средняя площадь резервуара при данном заполне­нии уровня Н

где Vн— объем резервуара, ограниченный высотой Н; F (h)—зави­симость поперечного сечения резервуара от высоты (определяется по калибровочным таблицам). Весомер представляет собой грузо-поршневой манометр, обеспечивающий силовую компенсацию веса столба жидкости (давления) в резервуаре. К одному весомеру мож­но подключить до 20 датчиков, установленных на резервуарах. Дли­на пневмолинии может достигать 300 м.

§ 4. Измерение уровня жидкости в скважинах

Приборы для измерения уровня в скважинах называют пьезографами. Уровень измеряют в глубиннонасосных и пьезометриче­ских скважинах. Пьезометрические скважины представляют собой скважины, проведенные на эксплуатирующийся пласт, находящиеся за контуром нефтеносности и предназначенные для измерения в них уровня с целью контроля пластового давления.

Приборы для измерения уровня в скважинах применяют для ре­шения следующих задач:

1) определения изменения пластового давления с целью контроля тенденции его изменения и определения таким образом эффективно­сти мер поддержания пластовых давлений; 2) определения забойных давлений в глубиннонасосных скважинах с целью выбора режима эксплуатации и технической характеристики необходимого эксплуа­тационного оборудования; 3) исследования скважин методами про­слеживания уровня и пробных откачек.

По принципу действия существующие устройства для измерения уровня в скважинах можно разделить на поплавковые (погружные) и акустические.

Поплавковый (погружной) компенсационный пьезограф. Прибор предназначен для измерения изменений уров­ня в скважине. Устройство разработанного ВНИИКАнефтегазом компенсационного пьезографа показано на рис. 8.4. Прибор опуска­ют в пьезометрическую скважину под уровень жидкости на опреде­ленную глубину Н.

При этом на чувствительный элемент пьезографа — сильфон 12— будет действовать давление, создаваемое весом столба жидкости:

где Но—уровень жидкости над сильфоном; ρ—плотность жидкости.

Сильфон 12, сжимаясь под действием статического давления, включит контакт нуль-органа 9, и двигатель 6 будет вращаться. Двигатель имеет два выходных вала. Нижний выходной вал, вращая винт 7, будет сжимать пружину 8 до тех пор, пока усилие ее не бу­дет достаточным для компенсации давления, испытываемого силь­фоном. Верхний выходной вал двигателя будет вращать ходовой винт 2, который, перемещая гайку 5 с закрепленным на ней держа­телем с пером 4, обеспечит запись компенсационного усилия на диаграммном бланке, вставленном в барабан 3. Барабан приводится во вращение часовым механизмом 1. При компенсации пружиной 8 давления нуль-орган разомкнет цепь питания двигателя 6 и по­следний остановится.

При изменении уровня жидкости до Hi давление изменится и нуль-орган, связанный с сильфоном, опять включит двигатель, ко­торый через винт 7 будет сжимать пружину 8 до компенсации нового давления:

Поскольку плотность жидкости в процессе измерения не меняет­ся, изменение давления будет пропорционально изменению уровня. Если из (8.4) вычесть (8.3), получим

Приемная камера 10 сообщается с внешней средой через отвер­стие 11.

Источник