流体压差和液位测量在化工单元过程中的应用

( 一) 压强与压强差的测量

U 形管压差计的结构如图1 -9 所示，在U 形管内装有某种液体作为指示液。要求指示液与被测流体互不相溶、互不反应，且其密度大于被测流体密度。

当U 形管两端与被测两点连通时，由于作用于U 形管两端的压力不等，则指示液在U 形管两端显示出高度差R。根据流体静力学基本方程，利用R 的数值便可计算出两点间的压强差。

设指示液密度为ρ0 ，被测流体密度为ρ ，由图1 -9 可知，0 -0′为等压面，即p0 = p′0

若被测流体是气体，可简化为:

图1-9　U 形管压差计

图1-10　测量管道某截面上的静压强

U 形压差计也可测量流体的压力，测量时将U 形管一端与被测点连接，另一端与大气相通，如图1 -10 所示，此时测得的是流体的表压或真空度。

【例1 -4】如图1 -11 所示，水在水平管道内流动。为测量流体在某截面处的压强，在管道某截面处连接一U 形压差计，指示液为水银，读数R =100mm，m =800mm。已知当地大气压为101.3kPa，水的密度为1000kg/m3，水银的密度为13600kg/m3。试计算管道中心处流体的压强。

图1-11

解:∵A-A′为等压面

而pA = p + ρ水gm + ρ水银gR

p′A = pa

p + ρ水gm + ρ水银gR = pa

p = pa - ρ水gm - ρ水银gR(https://www.xing528.com)

= 101300 -1000 ×9．81 ×0．8 -13600 ×9．81 ×0．1

= 8．011 ×104 Pa

( 二) 液位测量

在化工生产中，常需要了解容器内液体的储存量，或对设备内的液位进行控制，通常可通过测量容器内的液位实现。

1.近距离液位测量装置 图1 -12 所示的是利用U 形压差计进行近距离测量液位的装置。在容器或设备1 的外部设一平衡室2，其中所装的液体与容器中相同，液面高度维持在容器中液面允许的最高位置。用一装有指示液的U 形压差计3 把容器与平衡室相连通，其压差计读数R 即反映出容器内的液面高度。

由流体静力学基本方程，可获得液面高度与压差计读数之间的关系为:

由此可知，液面越高，h 越小，压差计读数R 越小; 当液面达到最大高度时，h 为零，压差计读数R 也为零。

2.远距离液位测量装置 若容器或设备的位置离操作室较远时，可采用图1 -13 所示的远距离液位测量装置。

图1-12　近距离液位测量

1—容器 2—平衡器 3—U 形压差计

图1-13　远距离液位测量

1—调节阀 2—鼓泡观察器3—U 形压差计 4—吹气管 5—贮槽

在管内通入压缩氮气，用阀1 调节其流量，使在观察器中有少许气泡逸出，氮气在管内流速极小，可近似认为处于静止状态，由于管路充满氮气，其密度较小，可近似认为容器内吹气管底部A 的压力等于U 形压差计B 处的压力，即pA =pB。

即h 与R 成正比，R 越大，h 也越大，U 形压差计的读数即可反映出容器或设备内液位的高低。