摘 要：儲(chǔ)罐液位過(guò)低易引起安全事故并導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失，本文以蘇北成品油管線某站場(chǎng)儲(chǔ)罐液位聯(lián)鎖改造，外貼式超聲波液位計(jì)的應(yīng)用為例，介紹了ZWCK-III型外貼開關(guān)的工作原理及在罐區(qū)液位測(cè)量中的應(yīng)用，采用智能超聲波液位開關(guān)對(duì)儲(chǔ)罐液位進(jìn)行安全監(jiān)控，能有效解決油罐安裝時(shí)須開孔、動(dòng)火的難題，討論了超聲波作為信號(hào)源進(jìn)行液位測(cè)量的可行性及優(yōu)越性，同時(shí)將液位開關(guān)的安裝位置設(shè)在儲(chǔ)罐安全高度以下，利于液位開關(guān)的高效利用和故障判斷。

關(guān)鍵詞：外貼式超聲波液位開關(guān)；油罐罐；低低液位聯(lián)鎖

Application of external type liquid level switch on storage tank

蘇北成品油管道緩解了金陵石化、揚(yáng)子石化與蘇北地區(qū)石油公司間成品油資源流暢不斷和成本高的問(wèn)題，建立先進(jìn)的管輸配送系統(tǒng)，完善銷售網(wǎng)絡(luò)，滿足成品油消費(fèi)市場(chǎng)需求，同時(shí)降低成品油流轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的費(fèi)用。提高油罐的計(jì)量精度和自動(dòng)化管理水平迫在眉睫。

根據(jù)中石化銷售華東分公司站場(chǎng)隱患排查整治要求，需完善低低液位聯(lián)鎖功能，提高站場(chǎng)油庫(kù)的安全控制水平，并消除安全隱患，全面提高油庫(kù)的安全保障能力，確保油庫(kù)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 工作原理

本次液位聯(lián)鎖改造項(xiàng)目液位開關(guān)選型為河北珠峰ZWCK-III型智能外貼超聲液位開關(guān)，是一種利用超聲原理測(cè)量液位的報(bào)警裝置，變送器選用兩線制，智能外貼超聲波液位開關(guān)由兩個(gè)探頭，ZWC-IIIB-0/1變送器、連接器等組成。

探頭貼在儲(chǔ)罐外壁對(duì)應(yīng)液位限制監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的位置，一個(gè)探頭向儲(chǔ)罐內(nèi)發(fā)射高頻超聲波脈沖，另一個(gè)探頭接收反射回來(lái)的脈沖，信號(hào)由變送器CPU處理，通過(guò)監(jiān)測(cè)和計(jì)算分析判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)處容器內(nèi)是否存在油品。當(dāng)液位越限時(shí)，產(chǎn)生越限報(bào)警信號(hào)，連接器收到越限報(bào)警信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)內(nèi)部繼電器吸合，發(fā)出常開或常閉觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào)，PLC內(nèi)的CPU采集該報(bào)警信號(hào)，記錄報(bào)警發(fā)生的日期及時(shí)間，并在站控室監(jiān)控軟件上發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒操作人員采取相應(yīng)的措施，以確保安全。

2 ZWCK-III型外貼開關(guān)特點(diǎn)與不足

2.1 特點(diǎn)

長(zhǎng)輸管道首站、中間站下載站、末站等站場(chǎng)根據(jù)市場(chǎng)油品需求和建設(shè)規(guī)劃要求設(shè)有各類儲(chǔ)罐，在日常安全管理中設(shè)置儲(chǔ)罐高高液位、低低液位報(bào)警及對(duì)油品液位高度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這就要求液位開關(guān)具有良好的適用性。本次儀表選型的外貼開關(guān)適用性良好，主要提下幾個(gè)方面：

（1）安裝及維護(hù)方便：無(wú)須開孔以及動(dòng)火即可安裝在罐體外壁，安裝與檢修不影響油庫(kù)或站場(chǎng)日常生產(chǎn)工作的連續(xù)性，本次改造項(xiàng)目中在每個(gè)儲(chǔ)罐罐壁上打磨2個(gè)φ120MM的壁面（除防腐層），施工圖紙要求離罐底2米處（根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行調(diào)整），用銅刷、合金刷、紗紙等工具和材料將此處表面的污垢和油漆層打磨清理干凈，2個(gè)傳感器探頭的安裝間距為2.0m，與傳統(tǒng)的液位計(jì)安裝相比，省時(shí)并提高工作效率。

（2）適用范圍廣：外貼式測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)與介質(zhì)的壓力、溫度、比重、有無(wú)腐蝕性無(wú)關(guān)，主要適用于壁厚小于60mm的裝有輕質(zhì)油、原油、渣油等各種燃料油、臥式罐、立式罐、浮頂罐及裝置的高、低位越限報(bào)警?？捎糜诔毓蕖⒌蜏毓藓透邷毓?。

（3）穩(wěn)定性高：外貼型液位開關(guān)的變送器采用單片機(jī)控制方式，能有效的克服同一儲(chǔ)罐同時(shí)安裝液位高報(bào)、高高報(bào)、低報(bào)、低低報(bào)之間產(chǎn)生的干擾、及其它電磁干擾產(chǎn)生的閃報(bào)。

2.2 不足之處

ZWCK-III型外貼式超聲波液位開關(guān)不適用于罐壁厚大于60mm的罐體。不適于有夾層、內(nèi)襯及沉積物的非密實(shí)罐壁的裝置。

3 在儲(chǔ)罐上的應(yīng)用

蘇北成品油管道某站場(chǎng)油庫(kù)10座儲(chǔ)罐由于設(shè)計(jì)年限較早，低低液位開關(guān)的安裝位置低于浮盤落底高度，最新《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB0074-2014）中要求“儲(chǔ)罐低液位報(bào)警的設(shè)定高度應(yīng)滿足泵不發(fā)生汽蝕的要求，外浮頂儲(chǔ)罐和內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的低液位報(bào)警設(shè)定高度（距罐底板）宜高于浮頂落底高度0.2m級(jí)以上”，故須調(diào)整液位開關(guān)位置。本次低低液位聯(lián)鎖改造，為了避免動(dòng)火清罐，選用外貼式超聲波低低液位開關(guān)，位置設(shè)置在浮盤落底高度以上200mm，外貼式超聲波液位開關(guān)及變送器表頭，并設(shè)置低低液位聯(lián)鎖。

3.1儲(chǔ)罐液位安全聯(lián)鎖系統(tǒng)組成

3.1.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

（1）檢測(cè)方式。通過(guò)液位計(jì)和外貼式超聲波低低液位開關(guān)檢測(cè)低液位；

（2）控制方式。站場(chǎng)SCADA接受報(bào)警并發(fā)出控制指令；

（3）執(zhí)行方式。罐區(qū)和站場(chǎng)閥門、煉廠輸油泵接受SCADA指令并動(dòng)作；

3.1.2低低液位開關(guān)設(shè)置要求

當(dāng)油罐液位到達(dá)液位計(jì)低液位報(bào)警點(diǎn)時(shí)，核心控制單元需能持續(xù)報(bào)警提示，并應(yīng)能彈出推薦的同品種備用出油罐（應(yīng)未有其他生產(chǎn)作業(yè)）。人員在工作站操作選擇備用油罐，自動(dòng)切換電動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)出油罐的切換。若未有人員操作，當(dāng)液位到達(dá)低低液位開關(guān)位置時(shí)，核心控制單元持續(xù)有報(bào)警提示，持續(xù)彈出推薦的同油品備用出油罐（應(yīng)未有其他作業(yè)），若一直未有人員操作，30s后（延遲的時(shí)間由工藝流程需求定）強(qiáng)制切換無(wú)任何作業(yè)的出油罐，聯(lián)鎖關(guān)閉當(dāng)前油罐的出口電動(dòng)閥。若無(wú)任何備用罐，則聯(lián)鎖關(guān)閉相關(guān)油罐出口電動(dòng)閥及給油泵，防止內(nèi)浮頂油罐浮盤落底及泵抽空引起運(yùn)行危險(xiǎn)，確保油罐進(jìn)出油品安全。

在油罐進(jìn)行作業(yè)時(shí)，若液位計(jì)無(wú)報(bào)警輸出，液位開關(guān)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，此時(shí)僅在系統(tǒng)內(nèi)強(qiáng)烈報(bào)警不做聯(lián)鎖，提醒相關(guān)人員應(yīng)立即核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況，確認(rèn)液位計(jì)或液位開關(guān)是否有故障并采取必要措施。

3.2儲(chǔ)罐液位安全聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)方式

以蘇北成品油管線某輸油站D-15罐為例，該儲(chǔ)罐存儲(chǔ)普通柴油，罐容20000方，發(fā)貨管線聯(lián)鎖閥為該儲(chǔ)罐的出罐閥，表1是本次儲(chǔ)罐低低液位連鎖改造的儲(chǔ)罐報(bào)警值設(shè)定參數(shù)，由表中數(shù)據(jù)可知，低低液位開關(guān)位于浮盤上方在安全高度以下，工藝具備試驗(yàn)條件，可以檢驗(yàn)報(bào)警裝置的可靠性，對(duì)保證油罐安全操作具有重要作用，相關(guān)參數(shù)如下：

假設(shè)該儲(chǔ)罐抽空，儲(chǔ)罐液位安全聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)方式：D-15罐與D-16儲(chǔ)罐共用普通柴油管線，液位超限檢測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)控D-15儲(chǔ)罐液位高度，D-15罐發(fā)生抽空情況，液位低于SCADA低液位報(bào)警值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警并彈出同油品備用出油罐畫面。若未有人操作持續(xù)到達(dá)臨界低低限，檢測(cè)單元液位開關(guān)發(fā)生聲光報(bào)警，核心控制單元邏輯判斷普通柴油發(fā)油管線上華東公司所屬儲(chǔ)罐液位高度，判斷D-16的液位高度，D-16高于低限液位高度時(shí)，SCADA系統(tǒng)發(fā)出指令，設(shè)備執(zhí)行單元響應(yīng)指令：開啟D-16聯(lián)鎖閥（出罐閥），關(guān)閉D-15聯(lián)鎖閥（出罐閥）。D-16液位高度低于低限液位高度時(shí)，核心控制單元控制D-15儲(chǔ)罐所對(duì)應(yīng)的外輸線路長(zhǎng)輸泵、給油泵停止工作，關(guān)閉聯(lián)鎖閥（出罐閥）。設(shè)備執(zhí)行單元響應(yīng)指令動(dòng)作，并在SCADA界面顯示。

3.3低低液位聯(lián)鎖投退功能

（1）總體投退功能。即在SCADA系統(tǒng)內(nèi)有選項(xiàng)，對(duì)罐區(qū)設(shè)置該聯(lián)鎖功能的投退。

（2）油罐投用功能選擇。可以對(duì)罐區(qū)每個(gè)油罐進(jìn)行鉤選，選中的參與聯(lián)鎖選擇，不選擇的不參與聯(lián)鎖，即在選擇油罐和動(dòng)作時(shí)不涉及該罐。

（3）單罐投退功能?？紤]到檢測(cè)設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備的情況，可以針對(duì)每座油罐進(jìn)行聯(lián)鎖投退工作。

4 結(jié)語(yǔ)

按公司要求和安全生產(chǎn)管理的需要，在原自控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本次改造，為了避免動(dòng)火清罐，新增外貼式超聲波低低液位開關(guān)，位置設(shè)置在浮盤落底高度以上200mm，將信號(hào)送入原SCADA系統(tǒng)PLC中，信號(hào)電纜利用原油罐低低音叉液位開關(guān)電纜，原液位開關(guān)作廢。原控制系統(tǒng)中需實(shí)現(xiàn)低低液位開關(guān)聯(lián)鎖油罐出口電動(dòng)閥及給油泵的功能。通過(guò)改造后，設(shè)備的故障率及維護(hù)量有效降低，首發(fā)有系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性有了明顯提高。

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作者簡(jiǎn)介

沈紅艷，女，大學(xué)本科，助理工程師，地址：江蘇省徐州市泉山區(qū)城南大道一號(hào)，郵編：221008中石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司華東管道設(shè)計(jì)研究院。

（作者單位：中石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司華東管道設(shè)計(jì)研究院）