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摘要：通過射頻導(dǎo)納和差壓液位變送器測量水中含油性介質(zhì)的原理，監(jiān)測冷卻水罐內(nèi)是否有大量油性介質(zhì)，從而判斷苯乙烯冷卻器內(nèi)熱交換管有無泄漏，根據(jù)水和苯乙烯的介電常數(shù)與密度解決這一問題。
1、引言
在苯乙烯冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工藝專業(yè)要求監(jiān)測冷卻水罐內(nèi)是否有大量的油性介質(zhì)苯乙烯，以判斷苯乙烯冷卻器內(nèi)熱交換管有無發(fā)生泄漏。由于苯乙烯不溶于水，無法采用水分析儀測量水中化學(xué)性質(zhì)變化來判斷，所以需要考慮一種特殊的方法。通過比較水和苯乙烯的物性數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)水的介電常數(shù)為8O，遠(yuǎn)大于苯乙烯的介電常數(shù)2．45；水的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為1000kg／，與苯乙烯的密度909kg／差不多?？梢杂盟捅揭蚁┑慕殡姵?shù)與密度為出發(fā)點(diǎn)來解決問題。
2、測量原理
應(yīng)用電容原理測量物位是成熟的技術(shù)。電容物位測量方法就是直接將物位變化轉(zhuǎn)換為檢測元件的電容量變化，然后再將電容量轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一電信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理，后顯示物位。電容檢測元件是根據(jù)圓筒電容器原理進(jìn)行工作，由于被測介質(zhì)水為導(dǎo)電性液體，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。電極要用絕緣物（如聚四氟乙烯）覆蓋作為中間介質(zhì)，而液體和金屬外圓筒一起作為外電極。

檢測元件所具有的電容量C可用式（1）表示：

式中ε1——介電常數(shù)
l——電極被導(dǎo)電液體浸沒的長度；
R，r——絕緣覆蓋層外半徑和內(nèi)電極外半徑。
由于ε1為常數(shù)，所以C與l成正比。由C的大小即可知道l的數(shù)值。
應(yīng)用靜壓原理測量物位是通過液柱靜壓對(duì)液位進(jìn)行測量，是一種應(yīng)用十分廣泛的方法。其原理如圖2所示。

根據(jù)流體力學(xué)原理可知，A、B兩點(diǎn)的壓差：△p=PB—PA=Hρg
式中
PA——密閉容器中A點(diǎn)的靜壓（氣相壓力）；
PB——B點(diǎn)的靜壓；
H——液柱高度；
ρ——液體的密度；
g——密閉容器所在地的重力加速度。
如果圖2為敞口容器，則PA為大氣壓，因此式（2）可變?yōu)椋篜=PB-PA=Hρg
式中P——B點(diǎn)的表壓。
在測量中，如果ρg為常數(shù)，則在密閉容器中A、B兩點(diǎn)的壓差△p與液位高度H成正比；而在敞口容器中則B點(diǎn)的表壓P與H成正比。也就是說測出△p或者P就可以知道密閉容器或者敞口容器中的液位高度。
3、具體應(yīng)用
射頻導(dǎo)納液位變送器是應(yīng)用電容原理測量物位的儀表，而差壓液位變送器則是采用靜壓原理測量物位。
現(xiàn)在來討論罐內(nèi)水中是否含有苯乙烯的情況。在同一罐上安裝射頻導(dǎo)納液位變送器和差壓液位變送器，使其測量范圍低限一致。如果罐內(nèi)水中未混有其他介質(zhì)，在變送器誤差影響范圍內(nèi)，兩變送器測量液位結(jié)果是相同的。如果罐內(nèi)水中混有苯乙烯，先設(shè)H為罐內(nèi)水柱高度和，
為罐內(nèi)苯乙烯液柱高度和，ε1為水的介電常數(shù)，ε2為苯乙烯的介電常數(shù)，ρ1為水的密度，ρ2為苯乙烯的密度。根據(jù)式（1）
得射頻導(dǎo)納液位變送器的測量元件所具有的電容

再看差壓液位變送器的情況。水罐為敞口容器，根據(jù)式（3）得變送器這時(shí)測得表壓P2=H1ρ1g+H2ρ2g。差壓液位變送器的預(yù)置值為水的密度，所以變送器測得罐內(nèi)液體高度H測2=P2/ρ1g=（H1ρ1+H2ρ2）/ρl=H1+（ρ2/ρ1）H2。因?yàn)?rho;1與ρ2的值相差不大，差壓液位變送器測得罐內(nèi)液體高度H測2與罐內(nèi)液體實(shí)際高度H1+H2的值也相差不大。由此可見，在罐內(nèi)混有苯乙烯的情況下，差壓液位變送器測得罐內(nèi)液體高度H測2實(shí)際上是大于射頻導(dǎo)納液位變送器測得罐內(nèi)液體高度H，而且隨著罐內(nèi)苯乙烯液柱高度H的增加，兩變送器測量值之問的差值就越來越大。
綜上所述，苯乙烯冷卻系統(tǒng)正常工作，冷卻器內(nèi)熱交換管未發(fā)生泄漏時(shí)，冷卻水罐內(nèi)只有水，其射頻導(dǎo)納液位變送器和差壓液位變送器的測量值基本一致；當(dāng)兩變送器測量值發(fā)生偏差、而且越來越大時(shí)，可以判斷為冷卻器內(nèi)熱交換管發(fā)生了泄漏。
4、結(jié)束語
在同一化工裝置或者儲(chǔ)罐，選用2臺(tái)或者3臺(tái)變送器測量同一參數(shù)是石油化工設(shè)計(jì)中常用的做法，本設(shè)計(jì)也是從常用做法出發(fā)，而且采用的變送器亦為常見儀表，價(jià)格并不高。不過考慮到2臺(tái)采用不同測量原理的變送器之間的誤差因素，需要積累一定時(shí)間，兩變送器測量值才出現(xiàn)比較明顯的偏差，所以不能用于重要設(shè)備或者緊急停車系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)中，射頻導(dǎo)納液位變送器需采用測量水等導(dǎo)電介質(zhì)的探頭，不適宜采用測量非導(dǎo)電介質(zhì)的探頭。