阅读说明：本技术 压力容器液位测量系统及方法 (Pressure vessel liquid level measurement system and method ) 是由 刘志龙 聂常华 徐长哲 杨青松 王海英 胡俊 欧柱 朱志峰 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了压力容器液位测量系统及方法,测量系统包括压力容器、差压变送器和平衡罐,所述压力容器的下取压口与差压变送器的负压侧连接,压力容器的上取压口与平衡罐连接,所述平衡罐与差压变送器的正压侧连接,所述压力容器的内底部设置有电加热元件,所述压力容器的内部分为区域A和区域B,所述区域A为上部的饱和区域,所述区域B为下部的非饱和区域,所述区域A内布置一个温度传感器,所述区域B布置多个温度传感器,所述平衡罐与差压变送器之间的冷段引压管采用红外成像测温仪测温。本发明通过对压力容器内部进行分区进行密度补偿,解决了现有差压法液位测量导致测量不准确的问题。(The invention discloses a system and a method for measuring the liquid level of a pressure vessel, wherein the measuring system comprises the pressure vessel, a differential pressure transmitter and a balance tank, a lower pressure taking port of the pressure vessel is connected with the negative pressure side of the differential pressure transmitter, an upper pressure taking port of the pressure vessel is connected with the balance tank, the balance tank is connected with the positive pressure side of the differential pressure transmitter, an electric heating element is arranged at the inner bottom of the pressure vessel, the interior of the pressure vessel is divided into a region A and a region B, the region A is a saturated region at the upper part, the region B is an unsaturated region at the lower part, a temperature sensor is arranged in the region A, a plurality of temperature sensors are arranged in the region B, and a cold section pressure guiding pipe between the balance tank and the differential pressure transmitter adopts an infrared imaging thermometer to measure the. According to the invention, density compensation is performed on the inner part of the pressure container in a partitioning manner, so that the problem of inaccurate measurement caused by the liquid level measurement by the existing differential pressure method is solved.)

压力容器液位测量系统及方法

技术领域

本发明涉及测控技术领域，具体涉及压力容器液位测量系统及方法。

背景技术

压力容器在使用的时候常常面临着高温高压的工况，而压力容器受到的直接影响是来自于其内部的高温介质。为了保证压力容器在高温高压环境中使用的安全性以及有效性，对其内部介质液位的测量是一个关键的任务。在工业应用中，在高温高压状态下，为了保证工业生产的顺利进行以及压力容器的安全，需要对相应的压力容器进行液位状态测量和监测。目前液位测量方法多种多样，有基于电子电路的超声波液位测量、基于差压变送器的液位测量方法等。

基于电子电路的测量方法往往受环境影响(例如高温高压环境)以及其它方面的影响，测量准确度有待提高，例如文献《基于超声波传感器的液位控制实验研究》和《光纤Bragg光栅可变灵敏度液位传感器设计》。

基于差压变送器的液位测量方法在压力容器液位测量中应用更为广泛，基于差压变送器的液位测量是利用密度拟合来提高液位测量精度，现有的基于差压变送器的液位测量将压力容器内完全看作饱和状态进行液位测量，导致测量准确度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供压力容器液位测量系统及方法，解决现有差压法液位测量导致测量不准确的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

压力容器液位测量系统，包括压力容器、差压变送器和平衡罐，所述压力容器的下取压口与差压变送器的负压侧连接，压力容器的上取压口与平衡罐连接，所述平衡罐与差压变送器的正压侧连接，所述压力容器的内底部设置有电加热元件，所述压力容器的内部分为区域A和区域B，所述区域A为上部的饱和区域，所述区域B为下部的非饱和区域，所述区域A内布置一个温度传感器，所述区域B布置多个温度传感器，所述平衡罐与差压变送器之间的冷段引压管采用红外成像测温仪测温。

电加热元件在加热压力容器时，压力容器内水温会出现分层现象，并不是整个压力容器内能够到完全的饱和状态，而是在压力容器下部到底部位置出现水温过低，因此呈现出的现象是压力容器中饱和蒸汽所处空间近似于饱和状态(压力容器上部)；而压力容器中介质水温度不均匀，属于不饱和状态(压力容器下部)。

本发明通过将压力容器分为饱和区(区域A)域和非饱和区域(区域B)，并且在温度分布不均匀的非饱和区域设置多个温度传感器，利用温度平均值对非饱和区域进行密度补偿，冷段引压管利用红外成像测温仪测量得到冷段引压管的温度分布值，基于温度分布值进行平均计算得到冷段引压管的动态平均温度值，对冷段水进行密度补偿得到补偿后的密度值，本发明通过对压力容器内部进行分区进行密度补偿，解决了现有差压法液位测量导致测量不准确的问题。

进一步地，区域B内的温度传感器从上到下均匀间隔布置。

进一步地，电加热元件安装于压力容器内底部。

一种基于压力容器液位测量系统的测量方法，包括以下步骤：

S1、将压力容器的内部分为区域A和区域B，所述区域A为上部的饱和区域，所述区域B为下部的非饱和区域，所述区域A内布置一个温度传感器，所述区域B布置多个温度传感器；

S2、分别获取区域B的平均温度、区域A的饱和水蒸汽温度和冷段引压管的平均温度，以及差压变送器值ΔP；

S3、区域B采用多个温度传感器的测量平均值对液体水密度进行补偿得到补偿后的密度值区域A采用饱和水蒸汽温度对饱和水蒸汽密度进行补偿得到补偿后的密度值ρ_g(T)、冷段引压管采用基于红外成像测温仪测量得到的动态平均温度值，对冷段水进行密度补偿得到补偿后的密度值

S4、通过差压变送器值ΔP、密度值密度值ρ_g(T)和密度值

计算压力容器内的液位L。

本发明是在传统的差压液位测量方法以及测量装置上进行改进，提出了一种优化的液位测量方法。首先将压力容器分为饱和区和非饱和区。饱和区为饱和蒸汽所在区域，利用测量得到的温度对饱和蒸汽密度ρ_g进行补偿；非饱和区域为介质水所在的区域，利用平均温度对介质水密度ρ_w1进行补偿，因此在非饱和区域应结合实际情况，尽可能多的设置温度传感器，冷段引压管利用红外成像测温仪测量得到冷段引压管的温度分布值，基于温度分布值进行平均计算得到引压管动态平均温度值，对冷段水进行密度补偿得到补偿后的密度值。

进一步地，液位L的计算公式如下：

式中，H为压力容器的高度；T为压力容器内温度；g为重力加速度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明进一步明确压力容器内部状态，对压力容器内部不同状态的介质采用不同的密度补偿策略，从而提高压力容器在高温高压状态下液位测量准确度，克服了传统高温高压液位测量方法将压力容器内部完全看作饱和状态进行液位测量带来的较大误差。

2、本发明测量方法能够对高温高压环境中压力容器液位进行准确、可靠地测量，提高了工业生产以及压力容器本身的安全性和可靠性。

3、本发明测量方法原理简单，测量装置设计合理，整体上简单易实现。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明液位测量方法流程图；

图2为液位分区测量方法示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-压力容器，2-差压变送器，3-平衡罐，4-电加热元件，5-红外成像测温仪，6-冷段引压管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图2所示，压力容器液位测量系统，包括压力容器1、差压变送器2和平衡罐3，所述压力容器1的下取压口X与差压变送器2的负压侧连接，压力容器1的上取压口S与平衡罐3接口M连接，所述平衡罐3接口N与差压变送器2的正压侧连接，所述压力容器1的内底部设置有电加热元件4，所述电加热元件4安装于压力容器1内底部，所述压力容器1的内部分为区域A和区域B，所述区域A为上部的饱和区域，所述区域B为下部的非饱和区域，所述区域A内布置一个温度传感器A₁，所述区域B布置多个温度传感器，分别为B₁、B₂、B₃和B₄，B₁、B₂、B₃和B₄从上到下均匀间隔布置，所述平衡罐3与差压变送器2之间的冷段引压管6采用红外成像测温仪5测温，冷段引压管6的温度分布为：自平衡罐3一端到差压变送器2一端依次为T_c1、T_c2、T_c3到T_cn。

实施例2：

如图1、图2所示，一种基于实施例1所述的压力容器液位测量系统的测量方法，包括以下步骤：

S1、将压力容器1的内部分为区域A和区域B，所述区域A为上部的饱和区域，所述区域B为下部的非饱和区域，所述区域A内布置一个温度传感器，所述区域B布置多个温度传感器，分别为B₁、B₂、B₃和B₄；

S2、分别获取区域B的平均温度、区域A的饱和水蒸汽温度和冷段引压管6的平均温度，以及差压变送器值ΔP：

利用差压变送器2测量得到压力容器压差值ΔP；

区域A介质密度补偿：因为区域A为饱和状态，可利用测量得到的实时温度对饱和水蒸气密度进行补偿最终得到补偿后的ρ_g(T)值；

区域B介质密度补偿：因为区域B为非饱和状态，同时区域B内水的温度不均匀，因此区域B内首先要测量得到平均温度从而利用平均温度

对介质水进行密度补偿，得到补偿后的密度值

冷段引压管6的水密度补偿：首先利用红外成像测温仪5测量得到冷段引压管6的温度分布值，基于温度分布值进行平均计算得到冷段引压管6的动态平均温度 从而利用动态平均温度对冷段水进行密度补偿，得到补偿后的密度值

S3、区域B采用多个温度传感器的测量平均值对液体水密度进行补偿得到补偿后的密度值区域A采用饱和水蒸汽温度对饱和水蒸汽密度进行补偿得到补偿后的密度值ρ_g(T)、冷段引压管6采用基于红外成像测温仪5测量得到的动态平均温度值，对冷段水进行密度补偿得到补偿后的密度值

S4、通过差压变送器值ΔP、密度值

密度值ρ_g(T)和密度值计算压力容器1内的液位L；所述液位L的计算公式如下：

式中，H为压力容器1的高度，m；T为压力容器1内温度，℃；g为重力加速度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。