Замер и обнаружение уровня СПГ в резервуаре

Для измерения и контроля уровня сжиженного природного газа в резервуарах хранения применяются измерители уровня и сигнализаторы предельного уровня СПГ.

Измерители уровня СПГ

Емкостные измерители с постоянным изменением (вариацией)

Датчик обнаружения уровня состоит из последовательности одинаковых емкостных элементов, диэлектрик которых представлен газовой или жидкой фазой резервуара. Электронная схема определяет количество погруженных в жидкость емкостных элементов.

Ультразвуковые измерители

Пьезоэлектрический преобразователь, расположенный в верхней части резервуара, излучает ультразвуковую волну, которая распространяется в газовой среде и отражается от поверхности раздела газ-жидкость. Измеряется время, прошедшее между моментом излучения волны и приемом преобразователем отраженного ультразвукового сигнала. Расстояние, пройденное волной, и, следовательно, уровень СПГ могут быть определены при условии, если точно известна скорость звука в газе.

Измерители на основе измерения давления

Если взять столб жидкости высотой h, то давление, которое она оказывает, определяется формулой Р = pgh. Определение высоты требует знания плотности р. Без точного знания плотности жидкости три типа нижеописанных измерителей являются скорее указателями уровня, чем датчиками его высоты:

• Пневматические измерители
  Датчик измеряет давление, необходимое для нагнетания газа, несмешиваюшегося с СПГ, такого как азот, через погружаемую в сжиженный газ трубку.
• Измерители на базе прямого замера давления
  Внешний датчик измеряет разность давлений между дном и верхом резервуара.
• Измерители с погруженным датчиком давления
  Как видно из названия, датчик погружен в СПГ и находится на дне резервуара.

Поплавковые измерители уровня (уровнемеры)

Исторически в промышленности СПГ использовались два типа поплавковых уровнемеров: механические и с сервоприводом (электромеханические).

Механические поплавковые уровнемеры

Данное оборудование включает в себя три основных элемента:

• поплавок, частично погруженный в СПГ, направляемый тягами или успокоительной трубкой с отверстиями
• перфорированная лента, поддерживаемая в натянутом состоянии пружиной, соединяющей поплавок с головкой измерителя, расположенной на крыше резервуара
• система зубчатых колес, приводимых во вращение перфорационными отверстиями ленты, измеряющая перемещение последней и, соответственно, уровень СПГ

Счетчик снаружи резервуара и система дистанционной передачи данных дополняют это оборудование, которое, тем не менее, имеет некоторые недостатки:

• возможность обрыва ленты
• невозможность замены измерителя в случае, если резервуар заполнен СПГ, если только не оборудовать головку измерителя специальной камерой для работы под давлением
• необходимость подъема (вручную) поплавка, когда уровень СПГ сильно изменяется (налив в наземный резервуар, метановоз в море)

Поплавковые измерители с сервоприводом

Принцип их работы тот же, что и измерителей предыдущего типа, то есть поплавок частично погружен в СПГ, но его уравновешенное положение в результате действующих сил определяется системой автоматического регулирования с обратной связью (сервосистемой).

Различают два типа поплавков с сервоприводом. Классический поплавок на конце кабеля подвески, испытывающий нагрузки от: собственного веса; силы Архимеда; силы, которая действует на него от кабеля подвески. Последняя может быть создана парой сил магнитного сцепления и изменением уровня, определяемого угловым смещением между намоточным барабаном и сервомотором, а также пружинами и изменением уровня, ощущаемого емкостным детектором между намоточным барабаном и сервомотором.

Детекторная головка поддерживается постоянно на поверхности жидкости с помощью перфорированной ленты, обеспечивая также электропитание датчика. Эта детекторная головка (датчик) снабжена небольшим пальцем, магнитно уравновешенным, который поддерживает ферритовое кольцо, перемещающееся внутри катушки (обмотки). Изменения уровня, переводимые в изменение импеданса (полного сопротивления) измеряются электронным блоком, который приводит во вращение сервомотор, управляющий подъемом или спуском головки датчика.

Сигнализаторы предельного уровня СПГ

Измерители уровня могут служить в качестве сигнализаторов предельного уровня, но есть специальные аппараты для этих целей, которые определяют этот уровень и включают звуковую или визуальную сигнализацию, и для которых надежность работы более важна, чем точность измерения.

Поплавковые сигнализаторы предельного уровня

Поплавок проходит только определенную часть возможного вертикального перемещения и на определенном уровне включает электрическое реле.

Ультразвуковые сигнализаторы уровня

Два пьезоэлектрических элемента установлены по обе стороны от паза: один излучает ультразвуковую волну, которая достигает второго элемента только в том случае, когда паз заполнен СПГ. Эта волна преобразуется в электрический сигнал, включающий реле.