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在化工、石化以及油氣行業，經常會遇到需要區分兩種介質分界面的測量要求，對于這種工況，根據儀表測量原理的不同，許多儀表都可以不同程度的完成油水界面的檢測功能，但是在采油廠、海上鉆井平臺的原油脫水、油水分離等典型工況中，由于油水之間存在一個復雜的乳化層，以及高粘度介質的黏附影響，使得這種工況下油水界面的測量成為油水界面測量領域的難題。

導波雷達液位計和電容液位計作為化學工業中常見的液（界）位測量儀表，在測量油水界面時有著各自的優勢，但在測量含乳化層的油水界面時，兩種液位計均存在著自身的局限性，導波雷達液位計可以測量液位，但無法給出可靠的界面值，而電容液位計則恰恰相反，只能測量界位而無法給出液位值。

本文介紹的多參數油水界面儀通過融合傳感器將導波雷達和電容測量原理融合在一起，克服了導波雷達和電容單獨測量界面的局限性，充分發揮了兩種測量原理的優勢，結合先進算法實現了復雜工況下的界面測量，并通過實際應用案例驗證了多參數油水界面儀在含乳化層的油水界面應用中的優勢，為自動化領域的界面測量提供一種更為可靠、穩定的解決方案。

1 測量原理

1.1 傳統的界面測量原理

1.1.1時域反射原理

時域反射原理是導波雷達液位計的基礎。導波雷達液位計的電磁脈沖以光速沿鋼纜或探棒傳播，當遇到被測介質表面時，雷達液位計的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發射裝置，發射裝置與被測介質表面的距離同脈沖在其間的傳播時間成正比，經計算得出液位高度。至介質表面的距離(D)與脈沖信號的運行時間(t)呈比例關系：

D=c·t/2（1）

其中，c為光速。

空標高度(E)已知時，物位(L)的計算公式如下：

L=E-D（2）

高頻脈沖信號到達介質表面后僅部分脈沖信號發生反射。上層介質的介電常數DC1較小時，未發生反射的脈沖信號將沿探頭繼續向下傳播。在界面處發生二次反射(下層介質的介電常數DC2大于上層介質的介電常數)。考慮脈沖信號在上層介質中傳播的延遲時間，可以測量儀表至界面間的距離。

1.1.2電容原理

使用電容原理測量時，液位計探桿和罐體形成了一個電容器，上層介質與下層介質有著不同的介電常數，通常情況下，上層介質介電常數較小例如油，下層介質介電常數較大例如水。由于介電常數小的介質產生的電容改變量遠遠小于介電常數大的，所以上層介質占整體電容改變量的比例就非常小，通過電容換算出的液位值就近似等于界面值。

1.1.3傳統界面測量方法的弊端

采用時域反射原理的界面測量方法在遇到介質分層處經常出現乳化層的工況時，界面信號會隨著乳化層的加厚逐漸減弱甚至消失，在這種情況下，界位信號會被液位信號吞噬，從而使導波雷達在存在乳化層的工況下測量的界面信號不可靠，用這個信號去進行過程控制也將變得不可能。

采用電容原理的界面測量方法優勢在于其測量不受乳化層影響。但其劣勢是只能檢測出界面值，而無法獲知液位值。

圖1 液位測量原理

圖2 界位測量原理

1.2 多參數油水界面儀

1.2.1測量原理

多參數油水界面測量是利用融合傳感器將上述傳統的界面檢測方法融合在一起。導波雷達發射的電磁波首先在總液位處有一個反射回波代表油面高度，然后再向下傳播到油水界面處反射一個回波代表界面。由于油水界面處乳化層的存在，使得第二個反射回波被吸收，時有時無。當被測界面由于各種原因變得不清晰時，儀表內部的智能界面信號識別系統會不斷評估當前界面回波的質量，自動切換到電容測量原理，通過測量探頭的電容值進行界面測量，用電容原理作為油水界面測量的驗證和補充。

1.2.2多參數油水界面儀的優勢

多參數油水界面儀在被測界面由于各種原因變得不清晰時，如出現乳化層時，可以利用電容測量值進行自動補償，確保持續穩定測量，從而實現了“全工況”的界面測量。

圖3 電容測量原理

圖4 導波雷達液位計測量界位

圖5 多參數油水界面儀測量信號

2 多參數油水界面儀應用舉例

2.1 硫磺回收裝置富液緩沖罐

2.1.1工況描述

某廠硫磺回收裝置富液緩沖罐，常溫常壓，上層介質是污油，下層介質是甲基二乙醇胺溶液，導波雷達液位計安裝位置在罐頂，罐高9米。

2.1.2原界位測量出現的問題

原導波雷達液位計使用傳統界面測量方法，界面信號經常跳變，不能形成穩定的測量；從趨勢圖中可明顯看到界面信號經常性的與液位信號重合，運行記錄表中界面值經常與液位值一致。用戶反映由于界面測量值非常不可靠，導致現場玻璃管水位觀測計因堵塞失效，用戶只能依靠人工開閥排液的方式觀察排水點里面是油還是水。

2.1.3多參數油水界面儀應用效果

用戶更換為多參數油水界面儀，即使由于乳化層導致一個回波丟失，儀表可自動切換到電容模式，仍可以分別測出液面和分界面高度，完美解決了用戶的問題。使用效果如下圖。

圖6 客戶反饋原導波雷達液位計應用效果

圖7 多參數油水界面儀在油水界面測量中的應用

圖8 多參數油水界面儀應用效果

2.2 MTP裝置氧化物抽提塔應用效果

某集團50萬噸/年甲醇制烯烴項目MTP裝置氧化物抽提塔塔頂安裝有多參數油水界面儀，該儀表安裝后界面信號趨勢平穩，沒有發生跳變，可以提供穩定可靠的界面信號，用戶滿意度高。

3 總結

通過測量原理的分析可以看出，在測量油水界面不清晰的界面時，單獨的導波雷達或電容測量界面的方法已經不能滿足生產上越來越高的要求，而多參數油水界面儀利用融合傳感器將兩種傳統的界面測量原理融合在一起，使得油水界面的測量更加準確。

同時由于多參數油水界面儀低廉的價格，通常是伺服液位計的三分之一甚至更低，所以在精度要求不高、上下層介質介電常數差別很大的工況下，多參數油水界面儀不失為一種解決含乳化層油水界面測量的很好的方案。目前該儀表已經得到眾多用戶的認可，并在多個行業、多種工況中得到應用，運行良好。