储罐沉降测量方案
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储罐基础沉降测量装置
1、仪器测量原理
选定16个观测点,在其中两个观测点上紧贴罐体外壁竖直放置两根PVC硬
管并加以固定;在罐体底部放置一圈PVC软管,使用16个接头将硬管和软管连
接起来,形成一个连通器。根据连通器原理,每根竖管里的液面必定在同一水
平面,随着时间的推移,储罐基础沉降会使罐体底部发生倾斜和翘曲,每个观
测点的高度将改变,则各个观测点中的液体即将开始流动,由液柱高的一端向
液柱低的一端流动,直到各容器中的液面相平时,即停止流动而静止。
经由装置测量沉降后的各测点液位为H1、H2、H3…H16,选择液位最小值,
假设H1最小。
故各点相对基础沉降量为
X2=H2-H1 X3=H3-H1 … X16=H16-H1
(1-1)
液位变化状态直观反应了基础沉降状态,液位上升了说明该点基础沉降了。
若16个测点X值均等于0,说明罐体均匀沉降,各点沉降量相等;若X值
不等于0且各不相等,说明各点基础沉降均不同;若X值存在为0的点或者X
值存在相等的点,说明基础沉降存在相同的点。
根据压强公式P=ρgH,液柱的静压与液位成正比,各测点液柱高度改变导
致压强发生变化,该装置通过特制传感器感知压强变化从而得出液位变化,最
终集成实时液位曲线图,通过观察各测点液位变化即可反向推出各点储罐基础
沉降量。
防冻液液面
特制传感器接头
图1-1仪器示意简图
2、材料及仪器安装
该装置涉及使用长、直径10cm的透明PVC硬管,长320米、直径
10cm的PVC软管,管道接头16个,其中三向接头2个、两项接头14个,压差
液位传感器16个,16路智能巡检仪一个。
PVC硬管 接头 PVC软管
烨立工控WMY2012-B直引线液位计 烨立工控YL-MD8016路智能巡检仪
图2-1材料及实验器材
液位计种类及选择 目前常用的液位计有磁性浮子液位计、无线电波液位计、超声波液位计、
电容式液位计、静压(差压)式液位计、磁致伸缩式液位计等,选择合适的液
位计对于实现方便、准确的测量至关重要。
磁性浮子液位计
根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时,液
位计本体管中的磁性浮子也随之升降,浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁
翻柱指示器,驱动红、白翻柱翻转,当液位上升时翻柱由白色转变为红色,当
液位下降时翻柱由红色转变为白色,指示器的红白交界处为容器内部液位的实
际高度,从而实现液位清晰的指示。
磁性浮子液位计可以做到高密封、防泄漏,适用于高温、高压、耐腐蚀的
场合。对高温、高压、有毒、有害、强腐蚀介质更显其优越性。但是,该液位
计与介质直接接触,浮球密封要求要严格,不能测量粘性介质。磁性材料如退
磁易导致液位计不能正常工作,翻板容易卡死,造成无法远传指示。
无线电波液位计
无线电波液位仪,主要是为远距离的水塔、山顶水池水位监测而设计的智
能仪表,它不但可监视水位的变化,同时还可以自动控制水泵的启停。本机共
分三大部分,即水深传感器、发送机与接收机,发送机装设在水塔内,接收机
装在控制中心,传感器投入水中,其输出电压与水深成正比,水位越高,其输
出电压越大,在时序电路的控制下,将其水深信号通过发射天线传输到控制中
心的接收机,接收机在程序的控制下将水位数据显示出来,并且根据设定的水
位上下限值及水位报警值。但究其高昂的价位,目前无线电波液位计使用并不
广泛。
超声波液位计
超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中脉冲超声波由
传感器(换能器)发出,声波经物体表面反射后被同一传感器接收,转换成电
信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。
无机械可动部分,可靠性高,安装简单、方便,属于非接触测量,且不受液体的粘度、密度等影响。但精度比较低,测试容易有盲区。不可以测量压力
容器,不能测量易挥发性介质。
电容式液位计
采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器
内,金属棒作为电容的一个极,容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即
为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不
同。所以,可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。电容液位计的
灵敏度主要取决于两种介电常数的差值,而且,只有ε1和ε2的恒定才能保
证液位测量准确,因被测介质具有导电性,所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。
传感器无机械可动部分,结构简单、可靠;精确度高;检测端消耗电能小,
动态响应快;维护方便,寿命长。被测介质需为导电率不低于10-3S/M的非
结晶导电液体。被测液体的介电常数不稳定会引起误差。电容式液位计一般用
于调节池、清水池测量。
磁致伸缩式液位计
探棒上端电子部件产生低压电流脉冲,开始计时,产生磁场沿磁致伸缩线
向下传播,浮子随着液位变化沿测量竿上下移动,浮子内有磁铁,也产生磁场,
两个磁场相遇,磁致伸缩线扭曲形成扭应力波脉冲,脉冲速度已知,计算脉冲
传播时间即对应液位精确变化。
静压(差压)式液位计
由于液柱的静压与液位成正比,因此利用压力表测量基准面上液柱的静压
就可测得液位。根据被测介质的密度及液体测量范围计算出压力或压差范围,
再选用量程、精确度等性能合适的压力表或差压表。
普及范围广,容易校准。精度较高,一般可达到±2%~±5%,稳定性强,
抗冲击、抗震动,体积小、重量轻,适用于各种液体,安装灵活、使用方便。
适用范围广,一般用于开放液罐的低液位监控、井或开放水域的深度或液位测
量、地下水水位测量、污水处理,给水、化工和制药工业、恒压供水系统等行
业液位的测量与控制。100 储罐沉降测量装置涉及的储罐尺寸较大,且本装置原理是根据P=ρgH,液
柱高度变化导致压强变化,通过测量压差计算变频得出液位变化,故本装置测
量仪器使用静压投入式直引线液位传感器和烨立工控YL-MD8016路智能巡检仪。
该巡检仪支持多机通讯,可选择多种通讯接口方式(如RS-232C、RS-485、RS-
422等),通讯波特率300~9600bps仪表内部参数自由设定。可与各种带串行
输入输出的设备(如电脑、可编程控制器、PLC等)进行通讯,配用YL系列数
据采集器和基于WINDOWS'95平台的全中文WSAT工控组态软件,可方便的实现
多台仪表与上位机进行联网管理,构成各种监控系统。可直接配接各型串行打
印机(如TPuP微型串行打印机、LQ-300K串行打印机等),以实现各通道测量
值即时打印、各通道测量值定时打印等功能。打印单位内部任意设定,也可手
动即时打印出各通道实时测量值。该仪表支持万能信号输入、全新概念的计算
机数字自动调校、支持多机网络通讯且通讯波特率可任意自由设定,具有独特
的全开放式用户自设定界面,测量值零点与量程范围、输出方式、各通道报警
方式可自行设定,设定参数在断电时可永久保留及参数密码锁定,拥有全数字
化冷端补偿及交直流开关电源供电方式,通道巡检时可任意开启或关闭不使用
的通道,仪表配接打印机可定时、即时打印各通道测量值等。
图2-2静压投入式直引线液位计传感器尺寸图 试验准备
沉降观测点的设置
宜选用不受破坏和不受扰动的点作为观测点;按规范要求在储罐基础的四
周360度均分各取16个点作为基础沉降观测点,用倒红三角显着标识,便与固
定传感器位置。
试水管路的安装、敷设以及检验
水平管采用硬度较低伸缩性能较好的PVC软管,它有一定的厚度,可以提
供足够的抗冲击性能,延缓管路老化,同时韧性和变形能力较高,可以适应储
罐底板倾斜、翘曲等变形。每根竖管长80cm,为了便于固定在罐体外侧同时有
利于观察液面,采用硬质透明PVC管,安装好管路后,加入液体检验管路是否
密闭性良好,节点处是否存在渗漏,加入的液体应满足防冻稳定,因此采用防
冻液最为合适。
管路的固定
为了避开罐体与底板之间的焊缝同时控制各测点水平位置,竖管下端固定
在距离底板10cm处,竖管端口处、接管各个端口处分别用磁铁和环形铁片与罐
体外壁吸附在一起。环形铁片宽5cm,环形端口处各有一段长8cm的平直段铁片,
能足够承担管路和防冻液的重量。这样的固定装置便于后期仪器的拆卸和二次
使用,同时装置的材料简单且使用广泛,循环利用,节约成本。