化工儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)廢氣治理中液位測(cè)量系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

摘 要：化工儲(chǔ)運(yùn)罐更改為氮封帶壓罐后，儲(chǔ)罐原有液位測(cè)量?jī)x表無(wú)法保證儲(chǔ)罐密封和液位測(cè)量需要。為了提高儲(chǔ)罐的密封性和測(cè)量精度，文章對(duì)儲(chǔ)罐現(xiàn)有液位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了改造。將儲(chǔ)罐就地鋼帶液位計(jì)改造為2500鋼帶液位計(jì)加2900變送器，并將其移位到罐頂安裝，防止了管道氣體的泄漏。同時(shí)，在儲(chǔ)罐底部增加6011罐底顯示器，用于就地液位顯示，便于工藝就地查看液位。改造后的系統(tǒng)減少了泄漏點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的兼容性，增加了液位計(jì)正常運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：化工儲(chǔ)運(yùn)罐；液位測(cè)量；液位計(jì)；節(jié)能減排

1 概述

VOC是揮發(fā)性有機(jī)化合物的英文縮寫(xiě)，它的排放對(duì)人體和生態(tài)系統(tǒng)健康有很大危害[1]。大氣中的VOC主要來(lái)源于自然界動(dòng)植物的排放和人為活動(dòng)兩部分，其中人為活動(dòng)VOC排放總量?jī)H占自然界排放的10%-20%[2]。石油化工企業(yè)是化學(xué)污染物重要的排放行業(yè)，其中儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)排放的VOC占到全部人為排放總量的9.7%。近年來(lái)，隨著霧霾、PM 2.5等大氣問(wèn)題在我國(guó)日趨嚴(yán)峻，控制儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)上的VOC的排放勢(shì)在必行。

目前化工儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的儲(chǔ)罐通風(fēng)口與大氣聯(lián)通，直接接通大氣，當(dāng)帶壓凝析油在常壓狀態(tài)溶解氣揮發(fā)時(shí)，含VOC的廢氣直接排放到大氣中，嚴(yán)重污染了環(huán)境[3]。由于氮?dú)獾拿芏刃∮谟袡C(jī)氣體而浮于其上，對(duì)儲(chǔ)罐區(qū)儲(chǔ)罐設(shè)置氮封保護(hù)，可以有效的減少VOC的排放，有效防止有毒氣體對(duì)周?chē)h(huán)境的污染[4-5]。但采用氮封技術(shù)后，儲(chǔ)罐原有液位測(cè)量?jī)x表無(wú)法保證儲(chǔ)罐密封和液位測(cè)量需要[6]，為了提高儲(chǔ)罐的密封性和測(cè)量精度，文章對(duì)儲(chǔ)罐現(xiàn)有液位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了改造。將儲(chǔ)罐就地鋼帶液位計(jì)改造為2500鋼帶加2910變送器，并將其移位到罐頂安裝，阻止了管道氣體的泄漏。同時(shí)，在儲(chǔ)罐底部增加罐旁指示儀，用于就地液位顯示，便于工藝就地查看液位。改造后的系統(tǒng)減少了泄漏點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的兼容性，增加了液位計(jì)正常運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

2 液位測(cè)量及遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

在油氣儲(chǔ)運(yùn)生產(chǎn)過(guò)程中，儲(chǔ)罐直接與外界大氣接觸，罐中較輕組分會(huì)不可避免的逸入大氣或與大氣中的氧氣接觸，不僅影響產(chǎn)品的品質(zhì)，而且會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害。為了防止石油化工產(chǎn)品與空氣接觸，工程上常采用氮?dú)饷芊饧夹g(shù)。但采用氮封技術(shù)后，儲(chǔ)罐原有液位測(cè)量?jī)x表無(wú)法保證儲(chǔ)罐密封和液位測(cè)量需要，為了提高儲(chǔ)罐的密封性和測(cè)量精度，文章對(duì)儲(chǔ)罐現(xiàn)有液位測(cè)量系統(tǒng)及遠(yuǎn)傳系統(tǒng)進(jìn)行了改造。改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在儲(chǔ)罐上設(shè)置氮?dú)饷芊饧夹g(shù)，就是在儲(chǔ)罐的油氣空間中充入氮?dú)?，使?chǔ)罐具有一定的微壓。為了保證液位計(jì)改造后滿足儲(chǔ)罐的壓力不泄漏，我們使用改造為2500鋼帶加2900變送器替換目前的鋼帶液位計(jì)。目前遠(yuǎn)傳鋼帶安裝在罐底部，均配套安裝了鋼帶護(hù)管、彎頭等設(shè)備，儀表已經(jīng)安裝多年，安裝時(shí)未考慮密封的要求，為了滿足當(dāng)前儲(chǔ)罐氮封的要求，我們將罐底部安裝的液位計(jì)移位到罐頂安裝。同時(shí)，在儲(chǔ)罐底部增加6011罐底顯示器，它可以與罐頂?shù)?900變送器通訊，讀取2900變送器的液位數(shù)據(jù)，顯示液位、溫度數(shù)據(jù)。操作人員可以在罐底讀取數(shù)據(jù)，不用上罐?？刂剖业腇IC2100巡檢儀可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線與6011顯示器通訊，讀取6011顯示器的液位和溫度數(shù)據(jù)。罐區(qū)管理計(jì)算機(jī)通過(guò)RS485與FIC2100通訊，可以讀取整個(gè)罐區(qū)的各個(gè)儲(chǔ)罐的液位、溫度數(shù)據(jù)。為了便于操作，6011顯示器采用紅外手持器，無(wú)接觸設(shè)置6011顯示器，可以設(shè)定、修改顯示的液位、溫度數(shù)據(jù)。

改造后的系統(tǒng)不僅減少了泄漏點(diǎn)，減少了施工工作量，增加了液位計(jì)正常運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，達(dá)到了儲(chǔ)罐氮封密封的要求，而且便于調(diào)整液位偏差。

3 鋼帶液位的選型設(shè)計(jì)及安裝

3.1 鋼帶液位的選型設(shè)計(jì)

鋼帶液位計(jì)是一種傳統(tǒng)的液位計(jì)，目前被廣泛應(yīng)用在石油化工成品油的計(jì)量中。為了保證采用氮封技術(shù)后儲(chǔ)罐的液位測(cè)量需要，我們將現(xiàn)有的鋼帶液位計(jì)升級(jí)為2500鋼帶液位計(jì)加2900變送器。2500鋼帶液位計(jì)可以為化工儲(chǔ)運(yùn)罐提供連續(xù)的液位測(cè)量，具有實(shí)用性強(qiáng)、測(cè)量范圍大、精度高性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。通常情況下，安裝在罐頂或者儲(chǔ)罐的一側(cè)。2900鋼帶液位變送器作為一種高精度的數(shù)字式儀表，可以廣泛的應(yīng)用在儲(chǔ)運(yùn)罐的鋼帶測(cè)量系統(tǒng)中，通過(guò)將液位情況轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，由信號(hào)線輸出，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。通常，我們將鋼帶2500鋼帶液位計(jì)和2900變送器鏈接在一起使用，將容器中的液位變化轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)、電脈沖信號(hào)或開(kāi)關(guān)信號(hào)遠(yuǎn)傳至控制室顯示或計(jì)算機(jī)房進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和處理。

3.2 鋼帶液位計(jì)的安裝

為了保證液位計(jì)改造不需要在儲(chǔ)罐上動(dòng)火施工，與液位計(jì)連接的護(hù)管可以在罐頂測(cè)量好尺寸到安全區(qū)域預(yù)制好后帶到罐頂安裝。

利用2500鋼帶液位計(jì)加2900變送器替換原有鋼帶液位計(jì)，可以利用舊儲(chǔ)罐內(nèi)部已安裝的浮子和鋼帶，拆除罐外導(dǎo)向管（鋼帶槽盒），安裝新的保護(hù)套管和彎頭滑輪。保證導(dǎo)向管各接縫處的密封與垂直度。安裝示意圖如圖2所示。

具體的安裝步驟為：

（1）液位計(jì)安裝在罐頂部，兩處螺紋采用聚四氟乙烯生料帶纏繞或用液體密封油均勻涂抹密封，這樣就不會(huì)有N2氣體泄露。而且液位計(jì)安裝在罐頂又可以減小測(cè)量誤差。

（2）罐底安裝罐底顯示器，Pt100溫度傳感器接入，顯示儲(chǔ)罐溫度，接入液位計(jì)的M/S總線，在罐底顯示器可以顯示當(dāng)前液位、溫度數(shù)據(jù)，罐底顯示器可以接收紅外手持器的遙控信號(hào)，可以修改當(dāng)前液位數(shù)據(jù)和地址數(shù)據(jù)。

（3）罐底顯示器通過(guò)M/S總線與控制室的FIC2100連接，在控制室接收儲(chǔ)罐液位計(jì)的液位、溫度數(shù)據(jù)。

（4）液位偏差修正時(shí)不用打開(kāi)表蓋，使用紅外手持器即可。

4 6011型罐底顯示器

6011罐底顯示器是隔爆型設(shè)計(jì)，可應(yīng)用在1區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。它的防爆標(biāo)志為：Ex dⅡ BT6 Gb。變送部分有兩個(gè)電路板，變送器的線路板安裝在隔爆腔體中。接線板安裝在接線盒內(nèi)，接線板有靜電和雷擊保護(hù)的設(shè)計(jì)。同時(shí)作為一種變送器型儀表，其通訊距離可以達(dá)到3000米，可以接收FIC2100 的下傳數(shù)據(jù)和上傳現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，能夠接受MCG2150的遙控命令。采用微功器件，空載電流小于10mA，提供液位計(jì)、溫度儀表變送器的48VDC電源，可以通過(guò)MCG2150紅外手持器調(diào)試。

6011罐底顯示器與M/S總線、模擬量輸出的液位計(jì)配套使用，顯示液位、溫度1、溫度2。它可以安裝在罐側(cè)或控制室。輸入信號(hào)M/S、Pt100，輸出通訊協(xié)議M/S。它可以根據(jù)客戶需要在線進(jìn)行軟件升級(jí)。6011罐底顯示器可用紅外手持器設(shè)定參數(shù)，避免進(jìn)入罐區(qū)并爬到罐頂調(diào)試液位計(jì)的麻煩，安全、省力。6011罐底顯示器與液位計(jì)、FIC2100現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器接線如圖3所示。

5 總線遠(yuǎn)傳的選擇及設(shè)計(jì)

FIC2100現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器的工作原理是儲(chǔ)罐變送器的液位、溫度，經(jīng)過(guò)通訊信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換后，進(jìn)入通訊模塊CPU，CPU將上述信號(hào)處理后，把罐群的各個(gè)液位、溫度、狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳主板，主板CPU控制顯示芯片在前面板的數(shù)碼管上顯示溫度、液位、罐號(hào)和狀態(tài)，同時(shí)將液位、溫度數(shù)據(jù)按MODBUS RTU協(xié)議要求處理后保存緩沖RAM，前面板的各鍵盤(pán)命令、兩路串行通信接口的通訊管理也由CPU處理。上位CPU可與其它計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊以形成較大的集中控制檢測(cè)系統(tǒng)。罐號(hào)、地址和站地址存入EEPROM長(zhǎng)期保存，液位，溫度數(shù)據(jù)存入XRAM臨時(shí)保存。現(xiàn)場(chǎng)總線電源、信號(hào)輸出有過(guò)流保護(hù)，外部線路短路時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)，故障排除后自動(dòng)恢復(fù)。三通道VAREC總線之間隔離。

FIC2100現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器可以連接VAREC公司的M1900、M2046、M4000，北京美航公司的M5200、M2000，LJ公司生產(chǎn)的符合VAREC協(xié)議的液位儀表和變送器。它可用于儲(chǔ)罐的液位、溫度數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)，能夠采集M/S總線傳送的液位和溫度信號(hào)?？膳c北京美航公司液位檢測(cè)系統(tǒng)共同組成罐區(qū)液位、溫度、報(bào)警、開(kāi)關(guān)量自動(dòng)巡檢管理控制系統(tǒng)。它與美國(guó)VAREC公司提供的系統(tǒng)Ⅳ通訊格式兼容，同時(shí)提供Modbus RTU協(xié)議，方便與計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)連接，根據(jù)客戶要求可以修改上位計(jì)算機(jī)的通訊格式?，F(xiàn)如今FIC2100現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器已被廣泛地應(yīng)用于石油、化工、冶金、輕工、運(yùn)輸、食品等行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了高精度的測(cè)量、顯示、報(bào)警和管理。

文章將控制室的FIC2100巡檢儀通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線與6011顯示器通訊，讀取6011顯示器的液位和溫度數(shù)據(jù)。罐區(qū)管理計(jì)算機(jī)通過(guò)RS485與FIC2100通訊，便于讀取整個(gè)罐區(qū)的各個(gè)儲(chǔ)罐的液位、溫度數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

化工儲(chǔ)運(yùn)罐更改為氮封帶壓罐后，儲(chǔ)罐原有液位測(cè)量?jī)x表無(wú)法保證儲(chǔ)罐密封和液位測(cè)量需要。為了提高儲(chǔ)罐的密封性和測(cè)量精度，文章對(duì)儲(chǔ)罐現(xiàn)有液位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了改造。將儲(chǔ)罐就地鋼帶液位計(jì)改造為2500鋼帶加2910變送器。改造時(shí)，鋼帶液位計(jì)的導(dǎo)向護(hù)管會(huì)泄漏油氣，為了徹底密封油氣泄漏，我們將鋼帶液位計(jì)移到儲(chǔ)罐罐頂，取消導(dǎo)向管，在罐底采用6011罐底顯示器可以與罐頂?shù)?910變送器通訊，讀取2910變送器的液位數(shù)據(jù)，顯示液位、溫度數(shù)據(jù)。操作人員可以在罐底讀取數(shù)據(jù)，不用上罐。最后，罐底顯示器通過(guò)M/S總線與控制室的FIC2100連接，在控制室接收儲(chǔ)罐液位計(jì)的液位、溫度數(shù)據(jù)。改造后的系統(tǒng)減少了泄漏點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的兼容性，增加了液位計(jì)正常運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

參考文獻(xiàn)

[1]王海林，張國(guó)寧，聶磊，等.我國(guó)工業(yè)VOCs減排控制與管理對(duì)策研究[J].環(huán)境科學(xué)，2011，32（12）：3462-3468.

[2]周亞軍.煉油企業(yè)含惡臭污染物的VOCs治理技術(shù)及應(yīng)用[D].華東理工大學(xué)，2013.

[3]肖馳.輕質(zhì)油儲(chǔ)罐應(yīng)用氮封技術(shù)的重要意義[J].石油化工安全技術(shù)，2004，20（6）：9-11.

[4]甄科科，石英春.采用氮封技術(shù)降低油品蒸發(fā)損耗[J].化工進(jìn)展，2013，32：56-58.

[5]孫志剛.氮?dú)饷芊饧夹g(shù)在石腦油儲(chǔ)罐的應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2012，19（3）：36-39.

[6]周桂華.石化原料罐區(qū)氮封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案改進(jìn)[J].江蘇化工，2008，

36（2）：41-43.

作者簡(jiǎn)介：孫明光（1982-），男，本科，工程師，主要從事煉油化工裝置儀表設(shè)備及控制系統(tǒng)管理與維護(hù)工作。