王帆

(中國石化股份有限公司巴陵石化分公司 供銷事業(yè)部，湖南 岳陽 414003)

外測液位開關(guān)在丙烯儲罐上的應(yīng)用

王帆

(中國石化股份有限公司巴陵石化分公司 供銷事業(yè)部，湖南 岳陽 414003)

針對某儲運罐區(qū)的罐形、數(shù)量及被測介質(zhì)的特性，分析了儲罐存在的安全隱患，設(shè)置液位開關(guān)及聯(lián)鎖設(shè)備的必要性。分析對比了外側(cè)液位開關(guān)和其他液位開關(guān)的各項技術(shù)指標，介紹了外側(cè)液位開關(guān)的變頻超聲波技術(shù)和微震動分析技術(shù)，重點介紹了外測液位開關(guān)的工作原理、性能特點、安裝調(diào)試以及在丙烯儲罐液位控制和聯(lián)鎖中的應(yīng)用。應(yīng)用證明： 外測液位開關(guān)具有安全、可靠的特點和方便、經(jīng)濟的實用價值。

丙烯儲罐 液位監(jiān)控 安全聯(lián)鎖 外測液位開關(guān) 變頻超聲波 微振動分析

中國石化股份有限公司巴陵石化分公司八號溝儲運罐區(qū)屬于一級要害罐區(qū)，儲藏易燃易爆化工原料，主要有丙烯、苯以及環(huán)己烷，均屬于易燃、易爆、易揮發(fā)，有毒性的介質(zhì)，屬于重大危險源。從安全環(huán)保角度出發(fā)，設(shè)計液位高低聯(lián)鎖報警，液位開關(guān)與緊急切斷閥進行聯(lián)鎖，達到高液位報警值，緊急切斷閥動作，關(guān)閉進料閥門，防止儲罐超高液位，避免冒罐的風險。選擇性價比良好，可靠性、穩(wěn)定性高，維修量小的液位開關(guān)，對于實現(xiàn)聯(lián)鎖功能，保證儲罐安全環(huán)保有著重要意義。

該公司丙烯儲罐物料的進出、收付非常頻繁，建罐初期由于未設(shè)計液位開關(guān)及其聯(lián)鎖設(shè)備，造成操作人員日常工作量非常大，需通過觀察儲罐內(nèi)液位變化，由人工啟、停進液泵來控制進液和出液。在罐區(qū)隱患治理項目中，選用合適的液位開關(guān)是一項重點工作，通過廣泛深入了解分析，先后比較了浮球開關(guān)、音叉開關(guān)、伺服開關(guān)、電容式開關(guān)、射頻導納開關(guān)、超聲波開關(guān)以及外測液位開關(guān)。最終選擇了西安定華電子有限公司生產(chǎn)的ELL-SA外測液位開關(guān)7套，安裝于丙烯罐，至今運行良好。

1 各種液位開關(guān)的分析比較

1.1 浮球液位開關(guān)

浮球液位開關(guān)主要是基于浮力和靜磁場原理設(shè)計生產(chǎn)的。帶有磁體的浮球在被測介質(zhì)中的位置受浮力作用影響，液位的變化導致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和磁簧開關(guān)作用，產(chǎn)生開關(guān)信號。

浮球液位開關(guān)采用無源器件，性能穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維護費用低，但測量精度較差，被測介質(zhì)黏度要小于0.8mPa·s，需開孔安裝。

1.2 電容式液位開關(guān)

固體物料的物位高低變化導致探頭被覆蓋區(qū)域大小發(fā)生變化，從而導致電容值發(fā)生變化。探頭與罐壁構(gòu)成1個電容。探頭處于空氣中時，測量到的是1個小數(shù)值的初始電容值。當罐體中有物料注入時，電容值將隨探頭被物料所覆蓋區(qū)域面積的增加而相應(yīng)地增大，開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化。

電容式液位開關(guān)簡單、抗干擾能力強，適用性廣泛，但標定困難，精度較差，介質(zhì)介電常數(shù)不小于2F/m，對容器內(nèi)介質(zhì)壓力、密度、介電常數(shù)有特殊要求，安裝時需停產(chǎn)、清罐、開孔、動火。

1.3 音叉液位開關(guān)

通過安裝在基座上的1對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動，當音叉與被測介質(zhì)相接觸時，音叉的頻率和振幅將改變，這些變化由智能電路來進行檢測，處理并將之轉(zhuǎn)換為1個開關(guān)信號，達到液位報警或控制的目的。為了讓音叉伸到罐內(nèi)，通常使用法蘭或者帶螺紋的工藝接頭將音叉開關(guān)安裝在罐體的側(cè)面或者頂部。

音叉液位開關(guān)不受氣泡、湍流、泡沫、振動、固體含量、粘附、液體特性等影響，并且不需要標定，安裝方便。無活動零件，免維護，自檢查與診斷功能保證了高低物位測量的高可靠性。音叉液位開關(guān)不適合用于較黏稠的介質(zhì)，容易導致叉間物料堆積，干擾物位檢測，且需開孔安裝。

1.4 外貼反射式超聲波液位開關(guān)

外貼測量探頭安裝于被監(jiān)測點，發(fā)射高頻超聲波脈沖，穿過容器壁在容器內(nèi)傳播，由于該脈沖在液相介質(zhì)內(nèi)傳播率高，在氣相介質(zhì)內(nèi)的傳播率低，因而當被監(jiān)測點有液體時，高頻超聲波脈沖在液體內(nèi)傳播，遇對面罐壁被反射形成回波；當被監(jiān)測點沒有液體時，高頻超聲波脈沖在氣體內(nèi)不傳播，不形成反射回波，主機通過感知是否有反射來判斷被測點是否有液體。

外貼反射式超聲波液位計是非接觸測量方式，精度為±0.2%，量程為1～25m，它適用于有腐蝕(酸、堿)的介質(zhì)、有污染的場合，適合測量無法直接接觸的液體。測量精度與被測介質(zhì)黏度有關(guān)，被測介質(zhì)黏度較大時不易測量；易受溫度影響，當溫度高時，傳播速度會發(fā)生變化，儀表反應(yīng)遲緩，會延遲報警。

2 變頻外測液位開關(guān)原理和性能特點

2.1 工作原理

ELL變頻外測液位開關(guān)是一種利用“變頻超聲波技術(shù)”和“微振動分析技術(shù)”實現(xiàn)的非接觸式液位開關(guān)。儲罐上每1個被測監(jiān)控點需安裝發(fā)射探頭和接收探頭，利用超聲波的傳播特性，通過發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波在氣體和液體中傳播時發(fā)生的變化，接收探頭接收到變化后的余振信號，并將其傳入主機，由主機根據(jù)余振信號的大小來判斷被監(jiān)測點是有液狀態(tài)還是無液狀態(tài)，同時輸出開關(guān)量，控制聯(lián)鎖設(shè)備及報警。

2.2 變頻變幅超聲波技術(shù)

變頻變幅超聲波技術(shù)根據(jù)不同工況下接收探頭接收到的信號效果，自動調(diào)節(jié)發(fā)射探頭發(fā)射超聲波的波長、波頻或波強，可以“自適應(yīng)”地改變接收探頭接收到的信號幅值，使儀表能夠更穩(wěn)定、可靠、精確地判斷被監(jiān)測點的液位狀態(tài)。

2.3 微振動分析技術(shù)

微振動分析技術(shù)是一種外測信號處理技術(shù)，對接收探頭接收到的信號進行智能化分析，能夠有效地消除干擾和漂移，準確檢測信號變化，使變頻變幅超聲波外測液位開關(guān)能適用于各種復雜現(xiàn)場工況，長期穩(wěn)定、可靠的工作。

2.4 性能特點

1) 非接觸測量方式。測量有毒害、有腐蝕、有壓力、易燃爆、易揮發(fā)、易泄漏的液體時，不使用閥門、連通管、接頭，沒有漏點，不接觸罐內(nèi)的液體和氣體，非常安全。即使在儀表損壞或維修狀態(tài)下，也絕無引起泄漏、毒害、爆炸的可能。

2) 安裝維修方便。安裝維修時不動火，不清罐，不影響生產(chǎn)。

3) 可靠耐用。傳感器和儀表中無機械運動部件，并嚴格密封，與外界隔離，不會磨損或腐蝕。

4) 應(yīng)用范圍廣。與被測介質(zhì)的壓力、溫度、密度、介電常數(shù)、黏度及有無腐蝕性無關(guān)。

3 外測液位開關(guān)現(xiàn)場安裝調(diào)試

3.1 探頭安裝位置

根據(jù)用戶要求的報警高度，選擇安裝位置，位置選擇需遵守以下原則： 首先2探頭中心應(yīng)安裝在所需高度，探頭間距1m，2探頭水平安裝，中間不能跨焊縫，探頭一側(cè)距離豎直焊縫至少300mm，距離水平焊縫至少100mm，打磨罐壁光滑，打磨范圍約為80mm。安裝探頭前，在探頭表面均勻涂抹耦合劑，然后安裝探頭，用密封膠對探頭進行密封。

測量頭安裝應(yīng)多選幾個位置測試，最終選擇信號幅度最強的位置作為安裝位置。為了能找到信號強且穩(wěn)定的安裝位置，安裝位置表面應(yīng)當平整、光滑；安裝位置的罐壁內(nèi)表面應(yīng)該不容易聚集沉積物，或者易于經(jīng)常清除該處的沉積物。

3.2 供電電源及輸出信號

儀表供電線路與儀表內(nèi)部電路是隔離的，隔離電壓為1000V。供電電源可選擇24V直流電，也可選擇220V交流電。

儀表輸出繼電器觸點負載6A，220V(AC)/30V(DC)，常開接點、常閉接點可選，可與報警器直接連接使用。

4 結(jié)束語

該罐區(qū)于2013年安裝應(yīng)用外測液位開關(guān)，至今運行穩(wěn)定、可靠并且測量精確，聯(lián)鎖相關(guān)設(shè)備準確，工作量大幅下降。外測液位開關(guān)儀表維護量小，安裝方便、操作容易，只需定期檢查探頭的密封情況和耦合劑即可。

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王帆，2003年畢業(yè)于湖南科技大學自動化專業(yè)，目前工作于中國石化股份有限公司巴陵石化分公司供銷部，任儀表工程師。

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1007-7324(2016)06-0067-02

稿件收到日期： 2016-09-04，修改稿收到日期： 2016-09-15。