淺談化工設(shè)計(jì)中罐區(qū)的儀表選型

徐瀅

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193）

在化工設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到石油化工工廠中儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，其中儲(chǔ)存液體物料的罐區(qū)是儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的主要生產(chǎn)單元。本文將根據(jù)在化工設(shè)計(jì)中遇到的關(guān)于罐區(qū)的項(xiàng)目，就罐區(qū)的儀表選型談一些體會(huì)。

1 儲(chǔ)罐液位檢測(cè)

國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐常用的液位測(cè)量?jī)x表有：?jiǎn)畏ㄌm液位變送器及差壓變送器、磁致伸縮液位計(jì)、外側(cè)液位計(jì)、伺服式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等。根據(jù)不同的測(cè)量原理和方法，每種測(cè)量?jī)x表都有其自身的優(yōu)點(diǎn)及適合應(yīng)用工況。

1.1 單法蘭液位變送器及差壓變送器

單法蘭液位變送器通常用于測(cè)量常壓罐，而差壓變送器通常用于測(cè)量帶壓儲(chǔ)罐。單法蘭液位變送器及差壓變送器用于液位的測(cè)量時(shí)，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)安裝的要求相對(duì)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，且運(yùn)行的可靠性較高。缺點(diǎn)是當(dāng)測(cè)量介質(zhì)的密度易受環(huán)境變化，就會(huì)影響其測(cè)量精度，所以不適合用于大型儲(chǔ)罐及球罐的液位測(cè)量，尤其不適用一些高溫介質(zhì)及攪拌介質(zhì)、高黏度介質(zhì)、有毒或腐蝕性介質(zhì)的液位(物位)測(cè)量。

1.2 磁致伸縮液位計(jì)

磁致伸縮液位計(jì)有較高的測(cè)量精度，且適用于有毒、易燃、易爆等場(chǎng)所，但該液位計(jì)對(duì)介質(zhì)的溫度、壓力和粘度有一定的要求。所以，目前在對(duì)液化氣儲(chǔ)罐的液位測(cè)量中得到了較好的應(yīng)用。

1.3 外側(cè)液位計(jì)

外測(cè)液位計(jì)是國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的一種新型測(cè)量液位的儀表。外測(cè)液位計(jì)的測(cè)量探頭直接吸附在容器外壁，檢測(cè)到的微小機(jī)械振動(dòng)波形的特性由液位振動(dòng)特性和容器振動(dòng)特性決定。根據(jù)計(jì)算關(guān)系，把測(cè)量探頭敏感器件檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)后傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)對(duì)收集到的各種不同模式的振動(dòng)進(jìn)行濾波、判斷，經(jīng)復(fù)雜計(jì)算得到液位測(cè)量值。為保證得到更高的液位測(cè)量精度，還可對(duì)液位的測(cè)量進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

由于外側(cè)液位計(jì)的特點(diǎn)是測(cè)量部分完全與測(cè)量介質(zhì)相隔離，因此，非常適合用于測(cè)量腐蝕性強(qiáng)、毒性劇烈、絕對(duì)無(wú)菌等環(huán)境下的液位測(cè)量。其缺點(diǎn)是測(cè)量精度相對(duì)較低，而且由于檢測(cè)信號(hào)為機(jī)械振動(dòng)波，所以對(duì)測(cè)量介質(zhì)的粘度、液體狀態(tài)有一定的要求，例如,不能用于測(cè)量動(dòng)力粘度大于30cp或含顆?；虺錆M(mǎn)氣泡的介質(zhì)。

1.4 伺服液位計(jì)

伺服液位計(jì)是用于儲(chǔ)罐和工藝過(guò)程罐高精度液位測(cè)量?jī)x表。伺服液位計(jì)的液位測(cè)量是基于浮力平衡的原理。儀表腔室內(nèi)置有浮子，浮子的牽引鋼絲纏繞在測(cè)量輪鼓上，測(cè)量輪鼓受微伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)以拉上放下浮子。工作時(shí)，浮子浮在液體表面，當(dāng)液位變化時(shí)，為達(dá)到浮力平衡，微伺服電機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)浮子位置使其保持在液面上。通過(guò)測(cè)量輪鼓的旋轉(zhuǎn)可精確計(jì)算出液位值。

1.5 雷達(dá)液位計(jì)

雷達(dá)液位計(jì)工作時(shí)發(fā)出高頻脈沖，當(dāng)脈沖遇到液面時(shí)反射回來(lái)，被儀表內(nèi)的接收器接收，并將距離信號(hào)轉(zhuǎn)化為液位信號(hào)。雷達(dá)液位計(jì)不與被測(cè)介質(zhì)接觸，且無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部件，運(yùn)行可靠性高，可適用于檢測(cè)高粘度、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)，還有產(chǎn)品可用于高溫環(huán)境，且適用于所有罐型。

在實(shí)際應(yīng)用中雷達(dá)液位計(jì)有兩種方式：調(diào)頻連續(xù)波式和脈沖波式。采用調(diào)頻連續(xù)波式的雷達(dá)液位計(jì)，功耗大，需采用四線制，電子電路較復(fù)雜。而對(duì)于采用脈沖波式的雷達(dá)液位計(jì)，功耗較低，可用兩線制的24VDC供電，容易實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，精確度高，因此適用范圍更廣。在結(jié)構(gòu)上分為喇叭天線、桿式天線和拋物面天線等。

選擇雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量?jī)?chǔ)罐液位可能會(huì)面臨追加儀表投資的問(wèn)題，但隨著大家對(duì)其認(rèn)識(shí)的加深，雷達(dá)液位計(jì)憑借其自身優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多客戶(hù)的青睞。用雷達(dá)儀表測(cè)量?jī)?chǔ)罐液位具有以下特點(diǎn)：

1）雷達(dá)液位計(jì)采用一體化設(shè)計(jì)，無(wú)可動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，使用壽命長(zhǎng)；2）雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量時(shí)發(fā)出的電磁波能夠穿過(guò)真空，不需要傳輸媒介，具有不受大氣、蒸汽、儲(chǔ)罐內(nèi)揮發(fā)霧影響的特點(diǎn)，因此可用于測(cè)量具有揮發(fā)性的介質(zhì)的液位；3）雷達(dá)液位計(jì)幾乎能用于所有液體的液位測(cè)量；4）采用非接觸式測(cè)量，不受所檢測(cè)介質(zhì)的密度、濃度等物理特性的影響；5）測(cè)量范圍大，可用于高溫、高壓的液體液位的測(cè)量；6）天線等關(guān)鍵部件采用高質(zhì)量材料制成，抗腐蝕能力強(qiáng)，能適用于腐蝕性較強(qiáng)的環(huán)境等；7）計(jì)量級(jí)精度的雷達(dá)可用于計(jì)量。

雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用很廣泛，幾乎可用于所有介質(zhì)油罐的液位檢測(cè)。雷達(dá)液位計(jì)與儲(chǔ)罐的連接方式有法蘭連接和螺紋連接。

在化工設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常需根據(jù)檢測(cè)介質(zhì)的特性、溫度、壓力、罐型等情況，選擇不同形式的雷達(dá)液位計(jì)。例如，喇叭形天線的雷達(dá)液位計(jì)可安裝在無(wú)導(dǎo)波管的拱頂罐上，用于測(cè)量各種石油與化工產(chǎn)品（瀝青與類(lèi)似產(chǎn)品除外）的液位。拋物面天線雷達(dá)液位計(jì)既可以安裝在無(wú)導(dǎo)波管拱頂罐上，也可以安裝在浮頂罐上，用于測(cè)量各種石油與化工產(chǎn)品的液位，包括瀝青、柏油及冷凝產(chǎn)品。導(dǎo)波管雷達(dá)液位計(jì)則適用于所有類(lèi)型儲(chǔ)罐的液位檢測(cè)。

1.6 罐旁指示儀的應(yīng)用

罐旁指示儀是一種現(xiàn)場(chǎng)指示儀表，配合雷達(dá)液位計(jì)或伺服液位計(jì)使用。在罐區(qū)、油庫(kù)、煉油廠中，用于總量控制和計(jì)量交接，是儲(chǔ)罐計(jì)量系統(tǒng)的一部分。罐旁指示儀安裝在現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)總線等通訊方式連接雷達(dá)液位計(jì)或伺服液位計(jì)、多點(diǎn)平均溫度計(jì)等儀表，收集這些儀表的測(cè)量信號(hào)，再將各種信息集成輸出給上位控制系統(tǒng)，一般安裝在油罐的底部，方便操作人員讀取罐上的液位、溫度等信息。

2 儲(chǔ)罐高低液位越限報(bào)警

在化工設(shè)計(jì)中，儲(chǔ)罐液位越限檢測(cè)報(bào)警儀表的種類(lèi)有很多，通常用到的有浮球液位控制器、音叉液位控制器等。

對(duì)于音叉液位開(kāi)關(guān)，其探頭有固有的頻率振動(dòng)，當(dāng)傳感器探頭接觸到液體時(shí)，音叉固有的頻率就會(huì)產(chǎn)生變化，電子檢測(cè)器將這一變化檢測(cè)出來(lái)，然后將其轉(zhuǎn)化成開(kāi)關(guān)信號(hào)，輸出液位越限報(bào)警信號(hào)或聯(lián)鎖信號(hào)。

儲(chǔ)罐液位越限檢測(cè)報(bào)警儀表的安裝方式通常有頂裝和側(cè)裝兩種。安裝時(shí)需注意，應(yīng)盡量避免因物料粘結(jié)而影響音叉振動(dòng)，而且音叉與罐壁應(yīng)保持一定距離，防止叉齒觸碰到罐壁影響檢測(cè)效果。

3 儲(chǔ)罐溫度檢測(cè)

由于儲(chǔ)罐介質(zhì)的存儲(chǔ)溫度一般都不高，所以，當(dāng)需要就地顯示儲(chǔ)罐溫度時(shí)，一般會(huì)選用雙金屬溫度計(jì)；當(dāng)需要DCS集中監(jiān)控時(shí)，常選用帶輸出的測(cè)溫變送一體化熱電阻。通常，對(duì)于中間儲(chǔ)罐通常檢測(cè)單點(diǎn)溫度，而對(duì)于原油和成品油儲(chǔ)罐以及有計(jì)量要求的儲(chǔ)罐，我們通常會(huì)檢測(cè)平均溫度。

4 儲(chǔ)罐壓力檢測(cè)

通常對(duì)于帶壓儲(chǔ)罐，通常需要對(duì)儲(chǔ)罐壓力進(jìn)行檢測(cè)。壓力變送器是我們經(jīng)常用到的壓力測(cè)量?jī)x表，測(cè)量單點(diǎn)位置處的壓力，可用于測(cè)量氣體、液體和蒸汽等介質(zhì)的壓力。壓力變送器的工作方式是通過(guò)安裝在儀表內(nèi)的感壓膜片感應(yīng)壓力，再通過(guò)內(nèi)置電路放大轉(zhuǎn)換成可讀信號(hào)。

5 罐區(qū)安全檢測(cè)系統(tǒng)

化工設(shè)計(jì)中，對(duì)于罐區(qū)這樣的易燃易爆危險(xiǎn)環(huán)境，必須設(shè)置可燃?xì)怏w濃度、有毒氣體濃度檢測(cè)及報(bào)警裝置。在條件允許的情況下，應(yīng)在一些重要位置設(shè)置緊急停車(chē)按鈕和工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)。

6 化工設(shè)計(jì)中罐區(qū)設(shè)計(jì)的基本原則

在化工設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先必須嚴(yán)格按照針對(duì)本行業(yè)的國(guó)家有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。并嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)防火、防爆、防雷、防靜電的有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。同時(shí)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)整個(gè)罐區(qū)生產(chǎn)過(guò)程的安全性，選用的儀表設(shè)備必須符合相應(yīng)安全防爆區(qū)域的防爆等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。