淺談石化儲(chǔ)罐自動(dòng)化儀表及工程設(shè)計(jì)
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摘要：石化儲(chǔ)罐的生產(chǎn)運(yùn)行和石油化工生產(chǎn)裝置有著很大的差異，石化儲(chǔ)罐主要是用來儲(chǔ)存生產(chǎn)裝置的原料、成品、中間原料或輔助生產(chǎn)物料。近年來石化儲(chǔ)罐著火爆炸事故多發(fā)，對(duì)儲(chǔ)罐的安全監(jiān)測(cè)及控制提出了更高的要求。隨著石化裝置規(guī)模的增大，相應(yīng)的石化儲(chǔ)罐的單罐容積也增大，對(duì)于罐容的精確計(jì)量也有了更高的要求。主要就石化儲(chǔ)罐的自動(dòng)化儀表以及工程設(shè)計(jì)進(jìn)行探究，合理地進(jìn)行設(shè)備的選型，并就儀表的工程設(shè)計(jì)形式進(jìn)行調(diào)整，不斷提升石化儲(chǔ)罐實(shí)際的計(jì)量精確程度以及自動(dòng)化程度。
關(guān)鍵詞：石化儲(chǔ)罐；自動(dòng)化儀表；工程設(shè)計(jì)
隨著我國(guó)石油化工工業(yè)的迅猛發(fā)展，石油化工配套儲(chǔ)罐的罐容管理水平也得到了較為明顯的發(fā)展。過去很多企業(yè)的原料和產(chǎn)品的儲(chǔ)罐不進(jìn)行精確的計(jì)量，相關(guān)的介質(zhì)貿(mào)易計(jì)量只是以地磅和相應(yīng)的卸車或裝車質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。如果兩個(gè)數(shù)值出現(xiàn)較大誤差時(shí)不容易判斷哪個(gè)數(shù)值是準(zhǔn)確的。如果對(duì)罐容進(jìn)行精確計(jì)量，那么就可以進(jìn)行三個(gè)數(shù)值的比對(duì)，更加精確地得到實(shí)際交易數(shù)量。貿(mào)易交接用罐容計(jì)量?jī)x表有著特殊的精度和安裝要求，設(shè)計(jì)時(shí)要注意合理選型。
1溫度儀表
儲(chǔ)罐溫度測(cè)量是為了監(jiān)控儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)溫度，保證介質(zhì)溫度滿足儲(chǔ)運(yùn)要求，對(duì)于有罐容精確計(jì)量要求（貿(mào)易交接用途）的儲(chǔ)罐還可以計(jì)算罐殼體積膨脹、密度。儲(chǔ)罐溫度儀表的測(cè)量精度要求詳見表1[1]。就地溫度指示儀表一般選用雙金屬溫度計(jì)，精度±1.5%F.S。遠(yuǎn)傳溫度儀表的感溫元件優(yōu)先選用熱電阻（RTD），熱電阻不適用的情況下可選用熱電偶。根據(jù)表1的要求，一般溫度變送器和接收裝置的精度≤±0.1℃，那么感溫元件的精度要≤±0.2℃。而根據(jù)IEC60751，Pt100鉑熱電阻ClassA等級(jí)的允差值為±（0.15+0.002|t|），t為被測(cè)溫度。如果感溫元件的精度要達(dá)到≤±0.2℃的話，那么被測(cè)溫度要在-25~25℃。如果被測(cè)介質(zhì)溫度超過這個(gè)范圍，IEC60751ClassA的熱電阻就不能滿足要求，此時(shí)應(yīng)選用精度更高的溫度儀表。沒有罐容精確計(jì)量要求（庫(kù)存控制用途）儲(chǔ)罐的溫度儀表的安裝要符合各類儲(chǔ)罐的要求。如浮頂罐和內(nèi)浮頂罐的溫度儀表宜安裝在罐底以上700~1000mm處，固定頂罐上的溫度儀表宜安裝在罐底以上700~1500mm處，插入深度不小于150mm。有罐容精確計(jì)量要求儲(chǔ)罐的溫度儀表應(yīng)安裝在與進(jìn)出管口相對(duì)的位置，并且盡量安裝在儲(chǔ)罐的背陰一側(cè)。固定式單點(diǎn)溫度儀表安裝位置在罐底以上1000mm以上并且人員容易接近處，插入深度不小于1000mm。測(cè)量罐內(nèi)蒸汽溫度的安裝位置要在儲(chǔ)罐最大液位高度以上。多點(diǎn)溫度儀表采用等間隔安裝，溫度元件距離罐壁至少900mm，最低測(cè)溫元件通常在罐底以上1000mm的位置。溫度元件的數(shù)量根據(jù)罐體高度計(jì)算，小于9m的最少4個(gè)，9~15m的最少5個(gè)，大于15m的最少6個(gè)。溫度儀表的保護(hù)套管材質(zhì)應(yīng)該與液體具有相容性，并且壓力等級(jí)不低于儲(chǔ)罐的壓力等級(jí)。
2壓力儀表
儲(chǔ)罐壓力測(cè)量是為了監(jiān)控儲(chǔ)罐壓力，為保證儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)壓力內(nèi)安全運(yùn)行提供指示或控制信號(hào)。對(duì)于有罐容精確計(jì)量要求（貿(mào)易交接用途）的低壓儲(chǔ)罐還可以用于計(jì)算液位、密度，其精度要符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。低壓儲(chǔ)罐和壓力儲(chǔ)罐需要設(shè)置就地壓力儀表及遠(yuǎn)傳壓力儀表，就地壓力儀表與遠(yuǎn)傳壓力儀表的取壓口要分開設(shè)置。就地壓力表的精度一般不低于±1.6%F.S，操作壓力在40kPa以下時(shí)選用膜盒壓力表，操作壓力在40kPa及以上時(shí)選用彈簧管壓力表。庫(kù)存控制用途壓力變送器精度優(yōu)于±0.2%F.S即可，用于罐容精確計(jì)量系統(tǒng)計(jì)算的壓力變送器精度根據(jù)安裝位置及用途的不同而不同，詳見表2[1]。
3液位和界位儀表
儲(chǔ)罐液位測(cè)量是為了監(jiān)控儲(chǔ)罐介質(zhì)液位高度，為保證儲(chǔ)罐安全運(yùn)行提供指示或聯(lián)鎖控制信號(hào)。儲(chǔ)存I級(jí)和II級(jí)毒性液體的儲(chǔ)罐、容量≥3000m3的甲B和乙A類可燃液體儲(chǔ)罐、容積≥10000m3的其他液體儲(chǔ)罐都要設(shè)置高高液位報(bào)警級(jí)聯(lián)鎖關(guān)閉儲(chǔ)罐進(jìn)口管道控制閥。液位高高報(bào)警的液位測(cè)量?jī)x表要單獨(dú)設(shè)置[2]，不和液位監(jiān)視儀表混用。例如液位監(jiān)測(cè)采用雷達(dá)液位計(jì)，液位高高報(bào)警聯(lián)鎖采用音叉開關(guān)。儲(chǔ)罐液位儀表的種類繁多，根據(jù)輸出信號(hào)類型可以分為模擬量型和開關(guān)量型，根據(jù)是否與介質(zhì)接觸可以分為接液型和非接液型。儲(chǔ)罐常用模擬量型液位儀表有非接觸式雷達(dá)液位計(jì)、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)等。儲(chǔ)罐常用開關(guān)量型液位儀表有音叉開關(guān)、浮球開關(guān)和超聲波開關(guān)等。非接觸式雷達(dá)液位計(jì)的用途比較廣泛，固定頂罐、浮頂罐、球罐都可以使用，介質(zhì)可以測(cè)量原油、成品油、瀝青、液化烴、液化天然氣等可燃液體或其他介質(zhì)，但是要注意介電常數(shù)不得低于1.4。當(dāng)介質(zhì)有泡沫、水蒸氣、沸騰等情況時(shí)，建議選用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，當(dāng)介質(zhì)黏度大、有掛料現(xiàn)象時(shí)不能選用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。當(dāng)液面波動(dòng)較大、干擾因素大、介電常數(shù)低（1.4~2.5）時(shí)應(yīng)加裝導(dǎo)波管。非接觸式雷達(dá)液位計(jì)的天線型式和導(dǎo)波雷達(dá)的導(dǎo)波桿（纜）的結(jié)構(gòu)型式及材質(zhì)選型根據(jù)儲(chǔ)罐類型、介質(zhì)特性、測(cè)量精度/范圍、介質(zhì)溫度壓力等因素綜合確定[3]。比如液化烴球罐一般選用喇叭口天線非接觸式雷達(dá)液位計(jì)，帶導(dǎo)波管，導(dǎo)波管尺寸選用DN150或DN200的。液位計(jì)與設(shè)備之間一般加裝球閥，以便在線檢修。伺服液位計(jì)適用于測(cè)量各種油品、液化天然氣、液化烴等介質(zhì)，但是高黏度介質(zhì)不適用。用在壓力儲(chǔ)罐上的伺服液位計(jì)一般要在縮徑腔和儀表之間設(shè)置維修用切斷球閥。磁致伸縮液位計(jì)適用于密度≥0.7、黏度不大的（小于600mPa•s）、干凈的輕質(zhì)油品或液化烴介質(zhì)。庫(kù)存控制用途液位變送器精度優(yōu)于±5mm即可，用于貿(mào)易交接用途的液位變送器精度根據(jù)用途的不同而不同，詳見表3[1]。
4緊急切斷閥
為了防止冒罐或抽空罐內(nèi)介質(zhì)，一般在大型儲(chǔ)罐的油品入口管道和出口管道設(shè)置有緊急切斷閥。切斷閥通過液位高高或低低聯(lián)鎖開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作。如果根據(jù)SIL定級(jí)確定相關(guān)聯(lián)鎖回路為安全儀表回路，有相應(yīng)的SIL等級(jí)要求，則回路內(nèi)的檢測(cè)儀表、邏輯控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)都應(yīng)滿足相應(yīng)的SIL等級(jí)要求。如果儲(chǔ)罐內(nèi)的介質(zhì)為易燃易爆介質(zhì)，并且切斷閥安裝于火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，則緊急切斷閥應(yīng)采用防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的閥體，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及附件也應(yīng)采用防火措施進(jìn)行保護(hù)。防火措施一般采用柔性或剛性防火罩，防火罩應(yīng)符合UL1709標(biāo)準(zhǔn)，要求能在1093℃下抵抗烴類火災(zāi)30min。在距離緊急切斷閥15m之外應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥的現(xiàn)場(chǎng)操作開關(guān)，其接點(diǎn)信號(hào)直接送到電磁閥或電液、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的ESD動(dòng)作端子，也可以進(jìn)到相應(yīng)的SIS系統(tǒng)。切斷閥可以根據(jù)介質(zhì)的特性和管道的大小選擇球閥、閘閥或三偏心蝶閥。閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)先選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)工廠無儀表空氣系統(tǒng)時(shí)也可以選用電動(dòng)或電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
5儀表的工程設(shè)計(jì)
5.1儀表的防爆和防護(hù)要求
石化儲(chǔ)罐很多時(shí)候是有爆炸危險(xiǎn)性的，所以在儀表設(shè)計(jì)時(shí)要注意儀表的防爆設(shè)計(jì)符合要求。要注意儀表所在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域分類（0區(qū)或1區(qū)或2區(qū)）、氣體組別（ⅡA或ⅡB或ⅡC）和溫度組別（T1~T6）。爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所用電動(dòng)儀表必須取得國(guó)家防爆檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)頒發(fā)的防爆合格證書。遠(yuǎn)傳儀表的防護(hù)等級(jí)一般不低于IP65，就地儀表的防護(hù)等級(jí)一般不低于IP54。如果是安裝于地下或有可能浸水的儀表應(yīng)選用IP68或更高的防護(hù)等級(jí)。
5.2儀表供電
罐區(qū)控制系統(tǒng)的供電一般采用不間斷電源供電（UPS），電源電壓為220V±11V，頻率為50Hz±0.5Hz，波形失真率小于5%?，F(xiàn)場(chǎng)儀表如果是220VAC外供電的，則一般采用UPS供電。電動(dòng)閥的電源一般由電氣專業(yè)供電，供電電源電纜采用直埋或電纜溝充砂敷設(shè)。如果必須要在地面上敷設(shè)則電纜應(yīng)采用阻燃或耐火電纜。石油化工廠的罐組內(nèi)應(yīng)采用耐火電纜。為了能在緊急情況下動(dòng)作電動(dòng)閥，還建議為電動(dòng)閥配置可移動(dòng)式應(yīng)急動(dòng)力電源裝置，專用接口宜設(shè)置在罐組防火堤外，并位于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域外。
5.3儀表電纜敷設(shè)
在罐組內(nèi)優(yōu)先采用埋地或電纜溝充砂敷設(shè)，以便達(dá)到防火的目的。條件不允許時(shí)也可以采用電纜槽盒地上敷設(shè)，但是要注意采用阻燃或耐火電纜。當(dāng)防火要求高時(shí)儀表槽盒也可以采用耐火槽盒。不具備故障關(guān)功能的氣動(dòng)緊急切斷閥的控制信號(hào)電纜和未埋地敷設(shè)的電動(dòng)緊急切斷閥的控制信號(hào)電纜應(yīng)采用耐火電纜。電纜進(jìn)入儀表的電氣接口應(yīng)采用相應(yīng)防爆級(jí)別的防爆電纜密封接頭或密封填料接頭進(jìn)行密封。本安和隔爆信號(hào)的非鎧裝電纜要分開敷設(shè)，不得共用同一根穿線管，如果在同一個(gè)槽盒內(nèi)敷設(shè)則要用可靠接地的金屬隔板分隔。
5.4儀表的防雷接地
電動(dòng)儀表的外殼都應(yīng)進(jìn)行良好的保護(hù)接地。儀表電纜如果是分屏總屏結(jié)構(gòu)，則分屏蔽線應(yīng)單端接地，總屏蔽線應(yīng)該兩端接地。鎧裝電纜的鎧裝層應(yīng)該兩端接地。罐區(qū)儀表屬于安裝在空曠地帶，易被雷擊。一般多雷地區(qū)的罐區(qū)儀表都做防浪涌保護(hù)，設(shè)置雷電浪涌防護(hù)器，相應(yīng)的儀表都應(yīng)做防雷接地。儀表的接地系統(tǒng)應(yīng)該是等電位接地系統(tǒng)，接到電氣專業(yè)的接地網(wǎng)上，不獨(dú)立設(shè)置接地系統(tǒng)。
5.5可燃有毒氣體檢測(cè)
儲(chǔ)罐介質(zhì)如果是甲類氣體或甲B或乙A類的液體，則應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w探頭。如果儲(chǔ)罐介質(zhì)是有毒氣體介質(zhì)或含有有毒氣體，并且泄漏氣體中有毒氣體濃度可能達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)應(yīng)該設(shè)置有毒氣體探測(cè)器。
6結(jié)語
石油化工油品儲(chǔ)罐的儀表選型和工程設(shè)計(jì)需要盡可能地滿足儲(chǔ)運(yùn)工藝實(shí)際的運(yùn)行需求和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使得其可以適應(yīng)工廠自動(dòng)控制工作的各項(xiàng)需求，達(dá)到相應(yīng)的自動(dòng)控制水平以及管理水平。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)油品儲(chǔ)罐實(shí)際的測(cè)量以及計(jì)量需求進(jìn)行分析，就具體的實(shí)際工程項(xiàng)目狀況確定出相對(duì)應(yīng)的儀表設(shè)備選型以及計(jì)量方式，編制出較為完整的管理以及自動(dòng)控制系統(tǒng)方案。
參考文獻(xiàn)
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作者：燕巍 單位：安徽華東化工醫(yī)藥工程有限責(zé)任公司上海分公司