姬玲君，周新宇，鄭娟娟，程 彬

（中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司，山東 青島 266071）

石油化工企業(yè)中的原料和產(chǎn)品大多具有易燃易爆的特性，油品儲(chǔ)運(yùn)是煉油廠、油庫(kù)等廠區(qū)的基礎(chǔ)儲(chǔ)備，存儲(chǔ)過(guò)程中如果發(fā)生泄漏，很容易引發(fā)火災(zāi)或爆炸，從而導(dǎo)致十分嚴(yán)重的后果，帶來(lái)難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成人員傷亡。因此，液位作為儲(chǔ)罐最重要的監(jiān)測(cè)參數(shù)之一，不僅用來(lái)計(jì)算庫(kù)容，還需參與儲(chǔ)庫(kù)安全聯(lián)鎖。如何選擇一款合適的液位計(jì)，準(zhǔn)確真實(shí)地反應(yīng)儲(chǔ)罐液位就顯得尤其重要。本文針對(duì)常壓儲(chǔ)罐分析其液位選型、安裝及接線等方案。

1 常壓儲(chǔ)罐

常壓類油品儲(chǔ)罐一般分為拱頂罐、外浮頂罐和內(nèi)浮頂罐3種形式。

拱頂罐又稱固定頂罐，即罐頂和罐體采用焊接的方式連接。罐頂固定，不會(huì)隨著介質(zhì)的上升下降而浮動(dòng)。比較常見(jiàn)的柴油、燃料油、瀝青、渣油介質(zhì)，多采用拱頂罐。

外浮頂罐即罐頂隨著介質(zhì)的上升下降而浮動(dòng)，比較常見(jiàn)的原油多采用外浮頂罐。

內(nèi)浮頂罐屬于拱頂罐和外浮頂罐的結(jié)合，即罐頂和罐體采用焊接的方式連接。罐頂固定，但罐內(nèi)設(shè)有浮盤(pán)，浮盤(pán)隨著介質(zhì)的上升下降而浮動(dòng)。比較常見(jiàn)的輕質(zhì)油品如汽油、航煤等介質(zhì)，多采用內(nèi)浮頂罐。

2 液位儀表

常壓儲(chǔ)罐連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表常用的有：雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、鋼帶液位計(jì)等。根據(jù)工藝需求，液位計(jì)分控制級(jí)和計(jì)量級(jí)，控制級(jí)的液位儀表固有精度不應(yīng)低于±3mm，計(jì)量級(jí)液位儀表的固有精度一般分兩種：基于體積交接的液位儀表固有精度應(yīng)不低于±1mm；基于質(zhì)量交接的液位儀表固有精度應(yīng)不低于±3mm。

2.1 雷達(dá)液位計(jì)

雷達(dá)液位計(jì)分接觸式和非接觸式，接觸式雷達(dá)液位計(jì)的天線有桿式和纜式等，非接觸式雷達(dá)液位計(jì)的天線有喇叭口、平面天線和拋物面天線等類型。

接觸式雷達(dá)液位計(jì)可用于輕質(zhì)油品，不受冷凝和掛料影響的油品測(cè)量，如汽油、柴油等介質(zhì)。

非接觸式雷達(dá)液位計(jì)可用于大部分油品儲(chǔ)罐，大致可按照以下原則選擇：

1）平面天線多用于非腐蝕性介質(zhì)的輕質(zhì)油品、重質(zhì)油品，如原油等介質(zhì)，但平面天線一般需要與導(dǎo)波管配套使用。

2）拋物面天線多用于容易在天線上附著結(jié)焦的重質(zhì)油品[1]，如原油、渣油、瀝青、燃料油等介質(zhì)，但拋物面天線需要的安裝空間較大。

3）喇叭口天線多用于輕質(zhì)油品，如汽油、柴油等介質(zhì)。當(dāng)受限于安裝空間，不便于使用拋物面天線的非高溫重質(zhì)油品場(chǎng)合，也可選用喇叭口天線。但操作溫度較高，在罐頂溫度降低后容易在液位計(jì)天線上附著結(jié)焦的工況，不宜選用喇叭口天線。

目前，隨著技術(shù)的不斷完善和進(jìn)步，非接觸式雷達(dá)液位計(jì)的天線類型也不局限于以上幾種類型，可根據(jù)產(chǎn)品的適用工況，選用其它天線類型的雷達(dá)液位計(jì)。

當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)有影響微波傳輸?shù)恼系K物或是介電常數(shù)低的介質(zhì)，不建議選用雷達(dá)液位計(jì)，宜選用其它幾種液位儀表。

2.2 伺服液位計(jì)

伺服液位計(jì)用于精度要求高的輕質(zhì)油品、非腐蝕性質(zhì)的儲(chǔ)罐，粘稠類重質(zhì)油品不宜選用伺服液位計(jì)，如常見(jiàn)的汽油、柴油、航煤等均可使用伺服液位計(jì)，但原油、渣油、蠟油、瀝青等粘稠類介質(zhì)在常壓儲(chǔ)罐不宜使用伺服液位計(jì)。

2.3 磁致伸縮液位計(jì)

磁致伸縮液位計(jì)可用于測(cè)量密度不小于0.7g/cm3的干凈非結(jié)晶介質(zhì)儲(chǔ)罐。磁致伸縮液位計(jì)可同時(shí)集成液位、油水界位和多點(diǎn)溫度計(jì)，當(dāng)考慮節(jié)約投資時(shí)，可考慮選用磁致伸縮液位計(jì)。但當(dāng)測(cè)量介質(zhì)的黏度過(guò)高，溫度高于350℃時(shí)，不建議選用磁致伸縮液位計(jì)。

2.4 液位開(kāi)關(guān)

儲(chǔ)罐液位開(kāi)關(guān)有：音叉開(kāi)關(guān)、外貼液位開(kāi)關(guān)、浮球液位開(kāi)關(guān)等。音叉開(kāi)關(guān)可用于粘度較低的輕質(zhì)油品介質(zhì)，外貼液位開(kāi)關(guān)多用于重質(zhì)油品、易結(jié)晶或改造項(xiàng)目不適合增加開(kāi)口的儲(chǔ)罐，浮球液位開(kāi)關(guān)多用于干凈介質(zhì)的水罐等。

雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)的性價(jià)比比較見(jiàn)表1。

表1 遠(yuǎn)傳液位儀表性價(jià)比比較Table 1 Comparison of price-performance ratio of remote liquid level instruments

3 常壓儲(chǔ)罐液位儀表設(shè)置方案

常壓儲(chǔ)罐液位儀表的設(shè)置和選型根據(jù)罐容大小和介質(zhì)特性選擇，一般有以下4種設(shè)置方案。

方案一：儲(chǔ)罐設(shè)置一套連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表。該方案一般用于小型儲(chǔ)罐，可使用雷達(dá)式液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)等液位儀表，可根據(jù)介質(zhì)特性、項(xiàng)目預(yù)算進(jìn)行選擇。

方案二：儲(chǔ)罐設(shè)置一套連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表。高高、低低液位開(kāi)關(guān)各一套，液位開(kāi)關(guān)用于高高、低低報(bào)警和聯(lián)鎖。該方案一般用于儲(chǔ)存Ⅰ、Ⅱ級(jí)毒性液位儲(chǔ)罐、容量≥3000m3的甲B和乙A類可燃液體儲(chǔ)罐及容量≥10000m3的其他類液體儲(chǔ)罐。

方案三：儲(chǔ)罐設(shè)置兩套連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表。該方案同樣適用于方案二中提到的工況，同時(shí)應(yīng)用于容量≥100000m3的儲(chǔ)罐。相對(duì)方案二，液位開(kāi)關(guān)受儲(chǔ)罐高高、低低液位報(bào)警位置限制，而連續(xù)測(cè)量?jī)x表屬于實(shí)時(shí)測(cè)量，不受安裝高度限制，連續(xù)測(cè)量?jī)x表要比液位開(kāi)關(guān)更可靠，所以當(dāng)要求高可靠性時(shí)，建議選用連續(xù)測(cè)量?jī)x表替代液位開(kāi)關(guān)，但液位開(kāi)關(guān)的成本要比連續(xù)測(cè)量?jī)x表的成本低。當(dāng)選用兩套連續(xù)測(cè)量?jī)x表時(shí)，優(yōu)先考慮選用不同測(cè)量原理的兩套連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表，但因測(cè)量介質(zhì)特性限制時(shí)，可選用兩套相同測(cè)量原理的液位儀表。例如，因介質(zhì)黏度較高、溫度較高時(shí)（如原油、蠟油、瀝青等介質(zhì)），不適合選用伺服液位計(jì)和磁致伸縮液位計(jì)，此時(shí)可選用兩套雷達(dá)液位計(jì)。

方案四：儲(chǔ)罐設(shè)置兩套連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表（同類型或不同類型）+一套液位開(kāi)關(guān)（高高、低低液位開(kāi)關(guān)）。液位開(kāi)關(guān)可選用音叉開(kāi)關(guān)、外貼開(kāi)關(guān)、浮球開(kāi)關(guān)等。當(dāng)連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表選用的是總線型，且參與聯(lián)鎖控制時(shí)，連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表可輸出兩路信號(hào)，一路4mA～20mA或一路干觸點(diǎn)信號(hào)用于液位聯(lián)鎖控制，一路總線信號(hào)進(jìn)入DCS系統(tǒng)或TGS系統(tǒng)進(jìn)行油品計(jì)量、油品移動(dòng)、液位控制等。

當(dāng)儲(chǔ)罐設(shè)置有兩套或3套液位計(jì)時(shí)，并且有高高、低低液位聯(lián)鎖時(shí)，選用一取一、二取一、三取二的方案，需要根據(jù)實(shí)際的介質(zhì)特性、物料供應(yīng)、SIL定級(jí)等綜合考慮。

綜上所述，不同的使用工況選用的方案不同，特整理歸納見(jiàn)表2。

表2 液位儀表設(shè)置方案Table 2 Setting scheme of liquid level instrument

4 常壓儲(chǔ)罐液位儀表的安裝方式

4.1 連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表

雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)安裝方式一般為法蘭連接，安裝較為簡(jiǎn)單，但根據(jù)實(shí)際工況和使用需求，有時(shí)需要設(shè)置導(dǎo)波管，大致可分為以下幾種情況：

1）因雷達(dá)液位計(jì)使用過(guò)程中，會(huì)受介質(zhì)波動(dòng)影響，所以當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)可能會(huì)有嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的情況時(shí)，應(yīng)在儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)置防擾動(dòng)管，防止擾動(dòng)。

2）當(dāng)雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)在內(nèi)浮頂罐上安裝時(shí)，需要設(shè)置導(dǎo)波管（或防擾動(dòng)管）。當(dāng)選用磁致伸縮液位計(jì)時(shí)，在導(dǎo)波管和內(nèi)浮盤(pán)交界處，應(yīng)設(shè)置密封裝置，以便減少油氣的揮發(fā)。

3）當(dāng)雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)在外浮頂罐上安裝時(shí)，需要設(shè)置導(dǎo)波管（或防擾動(dòng)管）。

4）部分產(chǎn)品（如導(dǎo)波陣列天線式雷達(dá)液位計(jì)等）需與導(dǎo)波管配套使用。

導(dǎo)波管應(yīng)保持垂直，偏差不大于1°。導(dǎo)波管內(nèi)壁任何地方應(yīng)保證光滑，無(wú)毛刺，焊接處采用套焊方式，焊接處無(wú)焊瘤[4]。根據(jù)需要，導(dǎo)波管底部可安裝反射板，導(dǎo)波管底部和頂端需與儲(chǔ)罐做良好固定。

當(dāng)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐設(shè)置有平均溫度計(jì)時(shí)，液位儀表的導(dǎo)向管可以和儲(chǔ)罐上平均溫度計(jì)的導(dǎo)向管設(shè)在一個(gè)導(dǎo)向柱內(nèi)，同時(shí)起到對(duì)儲(chǔ)罐浮盤(pán)的導(dǎo)向作用。

連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表一般設(shè)于盤(pán)梯頂平臺(tái)附近，便于檢修。且與罐頂?shù)牧坑涂自谝粋€(gè)同心圓上，便于校正并在一定程度上保證校驗(yàn)的精度。

4.2 音叉液位儀表

音叉開(kāi)關(guān)安裝在外浮頂罐和內(nèi)浮頂罐上時(shí)，叉體設(shè)在管嘴短管內(nèi)，不應(yīng)深入罐體內(nèi)，阻礙浮盤(pán)的浮動(dòng)。

當(dāng)音叉開(kāi)關(guān)用于原油等粘度稍大的油品儲(chǔ)罐時(shí)，音叉開(kāi)關(guān)的管嘴一般往上傾斜一定角度；當(dāng)液位降低時(shí)可便于介質(zhì)流出管嘴，避免積液影響音叉開(kāi)關(guān)的使用。

音叉液位開(kāi)關(guān)在儲(chǔ)罐上安裝時(shí)，安裝處正下方應(yīng)有盤(pán)梯踏步或檢修平臺(tái)，但是距離踏步和平臺(tái)的高度應(yīng)根據(jù)區(qū)域特征、人員身高綜合考慮，避免存在碰頭等安全隱患。

4.3 外貼液位開(kāi)關(guān)

外貼液位開(kāi)關(guān)安裝時(shí)，傳感器應(yīng)避開(kāi)管線和其它障礙物，并且應(yīng)避開(kāi)儲(chǔ)罐管壁的焊縫處。一般油品儲(chǔ)罐的焊縫每隔2m一個(gè)焊縫，但具體項(xiàng)目應(yīng)與設(shè)備專業(yè)確認(rèn)后確定。

5 液位儀表的信號(hào)連接

連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表一般具有可同時(shí)輸出總線信號(hào)和4mA~20mA信號(hào)，或繼電器觸點(diǎn)信號(hào)功能?？偩€信號(hào)可選用專用總線，也可選用標(biāo)準(zhǔn)的通信接口和通用通信協(xié)議。

當(dāng)用于計(jì)量級(jí)儲(chǔ)罐時(shí)，應(yīng)選用總線型液位儀表，同時(shí)需將儲(chǔ)罐的溫度、油水界位、密度、壓力等信號(hào)接入連續(xù)液位測(cè)量?jī)x表，將RTD、熱電偶信號(hào)和4mA~20mA信號(hào)轉(zhuǎn)換成通訊信號(hào)，通過(guò)液位計(jì)總線信號(hào)通信單元接入儲(chǔ)罐的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)或罐區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)[2]。

當(dāng)用于非計(jì)量級(jí)儲(chǔ)罐時(shí)，可選用總線型液位儀表，也可選用常規(guī)的4mA~20mA信號(hào)液位儀表。

當(dāng)儲(chǔ)罐相對(duì)集中、數(shù)量較多、距離較遠(yuǎn)時(shí)，建議選用總線型液位計(jì)。該方案可以匯集溫度、壓力、液位信號(hào)，因此該方案除了可節(jié)省大量的電纜敷設(shè)，同時(shí)也能節(jié)約控制系統(tǒng)卡件，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。

液位儀表類型不同、供應(yīng)商不同，總線信號(hào)接線原理也不同，常見(jiàn)的有FF總線、BPM總線、V1總線、TRL/2總線等模式。選用總線型液位計(jì)時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置總線信號(hào)接線箱，將液位計(jì)的通信信號(hào)匯集到總線信號(hào)接線箱，在總線信號(hào)接線箱內(nèi)進(jìn)行并聯(lián)連接，再通過(guò)通信信號(hào)電纜將信號(hào)接至液位計(jì)總線信號(hào)通信接口單元，圖1是某品牌總線型液位計(jì)接線箱原理圖。

圖1 總線型液位計(jì)接線箱原理圖Fig.1 Schematic diagram of the junction box of the bus-type liquid level gauge

6 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)實(shí)際的工程項(xiàng)目情況，簡(jiǎn)單闡述了常壓儲(chǔ)罐液位測(cè)量?jī)x表的選型、安裝和接線方式，總結(jié)了油品儲(chǔ)罐液位儀表設(shè)置的幾種方案，供廣大工程設(shè)計(jì)人員和施工、維護(hù)人員參考。

因油品儲(chǔ)運(yùn)的可燃、易爆特征，為油品儲(chǔ)罐選用一款合適的液位測(cè)量?jī)x表，對(duì)保障人身和財(cái)產(chǎn)安全尤其重要。在工程實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性、項(xiàng)目的環(huán)境、業(yè)主建設(shè)項(xiàng)目的主要需求等多方面考慮，選擇最合適、最優(yōu)的方案，以滿足石油化工行業(yè)要求的可靠性、安全性和有效性。