談自動化液位儀表選型工程設(shè)計

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摘要：眾所周知，石油化工罐區(qū)管理具有極高的安全系數(shù)，而保障其高安全性的方式便是加強(qiáng)對罐區(qū)自動化液位儀表的選型管控與設(shè)計規(guī)范。本文主要從石油罐區(qū)的自動化液位儀表的選型入手，簡單概述了我國近幾年石油罐區(qū)自動化儀表的工程設(shè)計結(jié)構(gòu)要點與選型內(nèi)容，并涉及到了電纜敷設(shè)的設(shè)計與安裝。希望能給我國有關(guān)罐區(qū)管理提供油品儲存提供有效設(shè)計意見與參考。

關(guān)鍵詞：石油化工；油品罐區(qū)；自動化液位儀表；選型與工程設(shè)計

1.石油罐區(qū)的自動化液位儀表概述

石油儲罐具有容量大、運(yùn)行周期長、間歇期限長、控制對象時間跨度大等特點。石油儲罐的管理與控制必須滿足充分的石油存儲、收油、發(fā)油等運(yùn)行任務(wù)，對油品庫存量進(jìn)行測算與統(tǒng)計。這就導(dǎo)致石油罐區(qū)的自動化儀表選型與工程設(shè)計和生產(chǎn)裝置之間存在差異。液位儀表是石油罐區(qū)內(nèi)最為重要的監(jiān)控儀表，全稱為液位連續(xù)測量儀表，其基本特點包括測量范圍廣、精度高，常用于油品介質(zhì)結(jié)構(gòu)與安裝方式復(fù)雜的儲罐中。液位儀表是一種特殊儀表，與煉油裝置內(nèi)部常用的儀表，包括測量原理、測量方式都存在差異。由于其特殊性，符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)線較少。因此，對其進(jìn)行合理的設(shè)計、選型至關(guān)重要，關(guān)乎到它的運(yùn)行質(zhì)量與安全。儲罐的開關(guān)閥門是實現(xiàn)罐區(qū)自動化儲存、轉(zhuǎn)運(yùn)的重要組成部分。現(xiàn)階段，我國的石油行業(yè)針對石油化工罐區(qū)的儲運(yùn)自動化進(jìn)行了深入的研究與應(yīng)用，將石油存儲完全納入自動化、智能化的操作領(lǐng)域。因此，各罐區(qū)的開關(guān)閥門也會依據(jù)內(nèi)部不一樣的安全規(guī)范要求、動力源條件進(jìn)行不同的設(shè)計與選型。罐區(qū)液位測量儀表的選型原則和技術(shù)規(guī)格要求，實際上是為了方便計算油罐實際容量與油品庫存的，因此，常用的計量方法是混合法，搭配上體積法與靜壓法。

2.液位儀表類型與工程設(shè)計詳析

石油儲罐的液位儀表一般常用雷達(dá)液位計、伺服液位計以及磁致伸縮液位計。并且會將液位開關(guān)與石油儲罐的報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，使得石油存儲過量后進(jìn)行警報反應(yīng)與處理。但長時間來，很少出現(xiàn)油罐液位超過設(shè)定報警高度的情況，因此長時間不動用儀表容易導(dǎo)致工作人員無法檢測到該開關(guān)裝置是否處在正常狀態(tài)，難以進(jìn)行養(yǎng)護(hù)與維修。一旦出現(xiàn)開關(guān)失靈的現(xiàn)象，后果將無法預(yù)估。而液位連續(xù)測量儀表的應(yīng)用，可以切實地解決該隱患。液位儀表的作用就是實時監(jiān)測油罐內(nèi)的液位高度，并持續(xù)對測量儀表的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)察。因此，越來越多地石油化工罐區(qū)將液位儀表代替很少運(yùn)作的開關(guān)式儀表。液位儀表的選型應(yīng)與浮頂罐、固定頂罐、球罐、臥罐等不同形式的油罐的安裝方法與條件相適應(yīng)。(1)雷達(dá)液位計①雷達(dá)液位計的運(yùn)作原理雷達(dá)液位計，顧名思義是通過信號雷達(dá)的發(fā)射與發(fā)射、接收來完成一系列工作需求的。它通過雷達(dá)傳感器中設(shè)置的天線用波束信號的形式來發(fā)射電磁波信號，發(fā)射的電磁波會在被測油品的表面產(chǎn)生反射，反射產(chǎn)生的回波信號則會被天線所接收。發(fā)射以及反射回的信號波束采用超聲采樣的方式收集，并經(jīng)過計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行智能處理后得到油品與天線的具體距離數(shù)值，并送往終端進(jìn)行數(shù)值顯示或過高報警。雷達(dá)液位計的工作原理決定了它可以在極短的時間內(nèi)精準(zhǔn)的測算出具體油品液位。即便是在儲罐內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜的情況下，可能出現(xiàn)回波失效的現(xiàn)象，也可以利用新型的微波處理技術(shù)以及智能化調(diào)試設(shè)備進(jìn)行精確定位、準(zhǔn)確回波。現(xiàn)階段常用的雷達(dá)液位計測量的方式有兩類，一是調(diào)頻連續(xù)波式，二是脈沖式。其中，調(diào)頻連續(xù)波是在頻域內(nèi)進(jìn)行信號處理，而脈沖式則是在時域內(nèi)進(jìn)行信號處理。調(diào)頻連續(xù)波式的測算精準(zhǔn)度高，脈沖式的測算精準(zhǔn)度度較低。二者存在不同的優(yōu)勢作用與自身定位，可以通過不同的測量需求進(jìn)行合理的選擇適用。最近幾年，雷達(dá)液位測量的方法多種多樣，對應(yīng)的測量技術(shù)也越來越高，推動著石油化工罐區(qū)內(nèi)對雷達(dá)液位計的廣泛使用。②雷達(dá)液位計的實際應(yīng)用雷達(dá)液位計用天線的不同形式來劃分，包括錐體天線式、拋物面天線式以及桿狀天線式雷達(dá)液位計。其中，帶有錐體天線的雷達(dá)液位計一般會被安裝在油罐的頂部或者導(dǎo)波管上，能夠在進(jìn)行大面積測量的場合中使用。拋物面天線的雷達(dá)液位計可用于探測回波液體或固體兩種物料介質(zhì)，拋物面式天線的直徑最大，因此發(fā)射出的雷達(dá)波束信號也最窄，適用于距離較大的物料測算。但該類型具有對污染程度不敏感等缺陷。多用于測量如瀝青、液態(tài)硫磺等物料的工況之中。最后，桿狀天線式液位計的天線較小，只會將聚四氟乙烯物質(zhì)暴露在儲罐空氣之中，往往應(yīng)用于對衛(wèi)生條件要求較高、或物料腐蝕性較強(qiáng)的測量工作之中。上文提到，調(diào)頻連續(xù)波式測量方式的精準(zhǔn)度最高，因此對于計量精度有要求的作業(yè)之中一般會采用FMCW。而除去燃油、瀝青等粘度大、易凝結(jié)的物料儲罐外，一般是使用除拋物面天線式，而其它類型的儲罐則采用錐體天線式。③雷達(dá)液位計的安裝操作在安裝雷達(dá)液位計時，必須要與儲罐外壁保持一定的距離，并且避開儲罐內(nèi)部的加熱管道或物料出入口，進(jìn)而得到安裝并投入應(yīng)用后的雷達(dá)液位計能夠精準(zhǔn)地測量出實際液位數(shù)值。自帶錐體天線的雷達(dá)液位計應(yīng)在外部架設(shè)保護(hù)罩，防止物料冷凝，影響測量的真實性。儲罐頂部的導(dǎo)波管需要確保內(nèi)里與表面平整光滑、無外凸毛刺，并鉆好對稱的孔洞，確保信號回波不受外界影響、干擾。(2)伺服液位計由于對伺服液位計研究深度有限，其測量方法一直較為單一，所以該液位儀表只能對某些輕質(zhì)的油品、無腐蝕性的輕質(zhì)烴類液體，進(jìn)行儲罐的液位連續(xù)測量。不可用于粘稠液體的儲罐測量。伺服液位計必須隨著儀表進(jìn)行帶標(biāo)定腔，配合上導(dǎo)向管中配比輸入的縮徑腔使用。在壓力儲罐內(nèi)，需在縮徑腔與液位儀表間加裝維修切斷球閥。(3)磁致伸縮液位計磁致伸縮液位計一般是在無腐蝕性的輕質(zhì)油料儲罐中得以應(yīng)用的。浮子測量液位會順著導(dǎo)線、纜線或者導(dǎo)桿而滑動，磁致伸縮液位計無法對該類黏稠液體進(jìn)行精準(zhǔn)測量。LPG球罐內(nèi)存儲的液體，有時會在液位表面形成高密度的氣泡，進(jìn)而影響通過信號發(fā)射回波而得到液位數(shù)值的雷達(dá)液位計的測量精度與真實性。因此，針對該種儲罐一般會采用伺服液位計或者磁致伸縮液位計。磁致伸縮液位計多適用于液位、界位、多點溫度等變量較多的集成式物料，輸出的信號會被接入儲罐的信號通信單元。多變量的集成式磁致伸縮液位計配合上高精度的差壓變送器，即可實現(xiàn)液位的混合測量。

3.電纜敷設(shè)

為了給石油罐區(qū)以防火的性能以及防護(hù)的作用，液位測量儀表的控制電纜應(yīng)采用埋地鋪設(shè)的方式。該方式包括使用電纜外緣保護(hù)管或直接填埋的兩種主要地下敷設(shè)方式，并且都符合我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的石油化工罐區(qū)電線設(shè)計與敷設(shè)的規(guī)范及要求。針對無法在地下敷設(shè)電纜的情況，需要在地下使用鍍鋅鋼原料的保護(hù)管，或配備有蓋板的全密封型金屬電纜槽，作為地上敷設(shè)電纜的保護(hù)裝置。眾所周知，鋼材的強(qiáng)度與剛性、電磁防護(hù)性都高于鋁材，但如果分布在沿海或內(nèi)陸潮濕地區(qū)的港口石油罐區(qū)，就容易由于濕潤的空氣而銹蝕鋼材，需視情況選擇保護(hù)管原材料。非金屬的原材料不具備電磁防護(hù)的功能，所以為了降低雷擊的概率、減輕電磁的干擾，不得在石油罐區(qū)的電纜敷設(shè)中采用非金屬的保護(hù)管或電纜槽。

4.結(jié)束語

一般來說，石油化工罐區(qū)常用的液位測量儀表多為雷達(dá)液位計、伺服液位計雙液位計的形式，可滿足多大部分化工物料儲罐測量的需求，具有精準(zhǔn)度高、真實可靠、自動化智能化水平高的優(yōu)勢的作用，為我國石油化工罐區(qū)的安全生產(chǎn)運(yùn)作提供了可靠保障。

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作者：張紅梅 李博雨 王疆維 單位：新疆油田公司采油二廠注輸聯(lián)合一站