储罐沉降测量方案.docx

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储罐沉降测量方案

储罐沉降测量方案

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-H1X3=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-MD80 16 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。

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-MD80 16 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，用倒红三角显著标识，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。

8010080

磁铁

图 2-3 固定件示意图

 管路保护

环境变化是不可忽视的要素，气温过高，会造成管内液体蒸发；气温过低

会使管内液体凝结；雨天会使管内水位上升，等等。

这些都会使测量结果严重

偏离实际情况。

为防止管内水分蒸发，装置需在竖管顶部加密封盖，仅留一个

极小的通风孔，以通过水深传感器的电线和平衡大气压。

冬季气温低，管路内

的液体如果是水，达到 0℃就会凝结，甚至使管路胀裂，因此采用防冻液较为

妥当。

普通防冻液的冰点一般为-40℃，较好的防冻液冰点可达-60℃，足以抵

抗一般地区的冰冻现象。

其优良的防腐蚀和防垢性能也可以保护 PVC 管路长期

使用，减少了仪器的后期维护和材料的更替，经济适用。

 液位传感器线路铺设

鉴于该装置长期使用，反复拆卸和安装是不可避免的，为了方便起见，该

装置改装了特制传感器：

传感器使用环氧树脂胶固定在接管底部，接管与液位

传感器相结合，电线尾端换用意大利插槽，接管再开一小口，插槽固定在小口

处并保持管路密封，最好使用胶粘剂封口，即接管外侧设置插槽，便于使外接

电缆与内置传感器相连接，拆卸时仅拔下外部电缆插头即可。

装置在使用时，

外部线路可顺延横管一起最后与接收器连接。

图 2-4 意大利插头

5

7

14

6

2

3

1—两相接管 2—水平软管 3—直引线液位计传感器 4—意大利插槽 5—意大利插头 6

—外接电缆 7—使用环氧树脂胶固定

图 2-5 特制传感器示意图

3、试验步骤

将每根竖管内的水加到 40cm 左右，读取初始值并记录，使用巡检仪中的数

据采集功能和基于 WINDOWS'95 平台的全中文 WSAT 工控组态软件直接得到液位

实时变化数据，各时段的沉降量可直接对比初始数据得出。