自动化液位仪表选型及工程设计

作者:查重猫     发表时间:2021-06-30 08:12:43   浏览次数:29



  摘要:众所周知,石油化工罐区管理具有极高的安全系数,而保障其高安全性的方式便是加强对罐区自动化液位仪表的选型管控与设计规范。本文主要从石油罐区的自动化液位仪表的选型入手,简单概述了我国近几年石油罐区自动化仪表的工程设计结构要点与选型内容,并涉及到了电缆敷设的设计与安装。希望能给我国有关罐区管理提供油品储存提供有效设计意见与参考。

  关键词:石油化工;油品罐区;自动化液位仪表;选型与工程设计

  1.石油罐区的自动化液位仪表概述

  石油储罐具有容量大、运行周期长、间歇期限长、控制对象时间跨度大等特点。石油储罐的管理与控制必须满足充分的石油存储、收油、发油等运行任务,对油品库存量进行测算与统计。这就导致石油罐区的自动化仪表选型与工程设计和生产装置之间存在差异。

  液位仪表是石油罐区内最为重要的监控仪表,全称为液位连续测量仪表,其基本特点包括测量范围广、精度高,常用于油品介质结构与安装方式复杂的储罐中。液位仪表是一种特殊仪表,与炼油装置内部常用的仪表,包括测量原理、测量方式都存在差异。由于其特殊性,符合生产标准的生产线较少。因此,对其进行合理的设计、选型至关重要,关乎到它的运行质量与安全。

  储罐的开关阀门是实现罐区自动化储存、转运的重要组成部分。现阶段,我国的石油行业针对石油化工罐区的储运自动化进行了深入的研究与应用,将石油存储完全纳入自动化、智能化的操作领域。因此,各罐区的开关阀门也会依据内部不一样的安全规范要求、动力源条件进行不同的设计与选型。

  罐区液位测量仪表的选型原则和技术规格要求,实际上是为了方便计算油罐实际容量与油品库存的,因此,常用的计量方法是混合法,搭配上体积法与静压法。

  2.液位仪表类型与工程设计详析

  石油储罐的液位仪表一般常用雷达液位计、伺服液位计以及磁致伸缩液位计。并且会将液位开关与石油储罐的报警联网系统关联,使得石油存储过量后进行警报反应与处理。但长时间来,很少出现油罐液位超过设定报警高度的情况,因此长时间不动用仪表容易导致工作人员无法检测到该开关装置是否处在正常状态,难以进行养护与维修。一旦出现开关失灵的现象,后果将无法预估。而液位连续测量仪表的应用,可以切实地解决该隐患。液位仪表的作用就是实时监测油罐内的液位高度,并持续对测量仪表的工作状态进行监察。因此,越来越多地石油化工罐区将液位仪表代替很少运作的开关式仪表。液位仪表的选型应与浮顶罐、固定顶罐、球罐、卧罐等不同形式的油罐的安装方法与条件相适应。

  (1)雷达液位计

  ①雷达液位计的运作原理

  雷达液位计,顾名思义是通过信号雷达的发射与发射、接收来完成一系列工作需求的。它通过雷达传感器中设置的天线用波束信号的形式来发射电磁波信号,发射的电磁波会在被测油品的表面产生反射,反射产生的回波信号则会被天线所接收。发射以及反射回的信号波束采用超声采样的方式收集,并经过计算机技术进行智能处理后得到油品与天线的具体距离数值,并送往终端进行数值显示或过高报警。雷达液位计的工作原理决定了它可以在极短的时间内精准的测算出具体油品液位。即便是在储罐内部环境复杂的情况下,可能出现回波失效的现象,也可以利用新型的微波处理技术以及智能化调试设备进行精确定位、准确回波。

  现阶段常用的雷达液位计测量的方式有两类,一是调频连续波式,二是脉冲式。其中,调频连续波是在频域内进行信号处理,而脉冲式则是在时域内进行信号处理。调频连续波式的测算精准度高,脉冲式的测算精准度度较低。二者存在不同的优势作用与自身定位,可以通过不同的测量需求进行合理的选择适用。最近几年,雷达液位测量的方法多种多样,对应的测量技术也越来越高,推动着石油化工罐区内对雷达液位计的广泛使用。

  ②雷达液位计的实际应用

  雷达液位计用天线的不同形式来划分,包括锥体天线式、抛物面天线式以及杆状天线式雷达液位计。其中,带有锥体天线的雷达液位计一般会被安装在油罐的顶部或者导波管上,能够在进行大面积测量的场合中使用。抛物面天线的雷达液位计可用于探测回波液体或固体两种物料介质,抛物面式天线的直径最大,因此发射出的雷达波束信号也最窄,适用于距离较大的物料测算。但该类型具有对污染程度不敏感等缺陷。多用于测量如沥青、液态硫磺等物料的工况之中。最后,杆状天线式液位计的天线较小,只会将聚四氟乙烯物质暴露在储罐空气之中,往往应用于对卫生条件要求较高、或物料腐蚀性较强的测量工作之中。

  上文提到,调频连续波式测量方式的精准度最高,因此对于计量精度有要求的作业之中一般会采用FMCW。而除去燃油、沥青等粘度大、易凝结的物料储罐外,一般是使用除抛物面天线式,而其它类型的储罐则采用锥体天线式。

  ③雷达液位计的安装操作

  在安装雷达液位计时,必须要与储罐外壁保持一定的距离,并且避开储罐内部的加热管道或物料出入口,进而得到安装并投入应用后的雷达液位计能够精准地测量出实际液位数值。自带锥体天线的雷达液位计应在外部架设保护罩,防止物料冷凝,影响测量的真实性。储罐顶部的导波管需要确保内里与表面平整光滑、无外凸毛刺,并钻好对称的孔洞,确保信号回波不受外界影响、干扰。

  (2)伺服液位计

  由于对伺服液位计研究深度有限,其测量方法一直较为单一,所以该液位仪表只能对某些轻质的油品、无腐蚀性的轻质烃类液体,进行储罐的液位连续测量。不可用于粘稠液体的储罐测量。伺服液位计必须随着仪表进行带标定腔,配合上导向管中配比输入的缩径腔使用。在压力储罐内,需在缩径腔与液位仪表间加装维修切断球阀。

  (3)磁致伸缩液位计

  磁致伸缩液位计一般是在无腐蚀性的轻质油料储罐中得以应用的。浮子测量液位会顺着导线、缆线或者导杆而滑动,磁致伸缩液位计无法对该类黏稠液体进行精准测量。LPG球罐内存储的液体,有时会在液位表面形成高密度的气泡,进而影响通过信号发射回波而得到液位数值的雷达液位计的测量精度与真实性。因此,针对该种储罐一般会采用伺服液位计或者磁致伸缩液位计。磁致伸缩液位计多适用于液位、界位、多点温度等变量较多的集成式物料,输出的信号会被接入储罐的信号通信单元。多变量的集成式磁致伸缩液位计配合上高精度的差压变送器,即可实现液位的混合测量。

  3.电缆敷设

  为了给石油罐区以防火的性能以及防护的作用,液位测量仪表的控制电缆应采用埋地铺设的方式。该方式包括使用电缆外缘保护管或直接填埋的两种主要地下敷设方式,并且都符合我国行业标准的石油化工罐区电线设计与敷设的规范及要求。针对无法在地下敷设电缆的情况,需要在地下使用镀锌钢原料的保护管,或配备有盖板的全密封型金属电缆槽,作为地上敷设电缆的保护装置。众所周知,钢材的强度与刚性、电磁防护性都高于铝材,但如果分布在沿海或内陆潮湿地区的港口石油罐区,就容易由于湿润的空气而锈蚀钢材,需视情况选择保护管原材料。非金属的原材料不具备电磁防护的功能,所以为了降低雷击的概率、减轻电磁的干扰,不得在石油罐区的电缆敷设中采用非金属的保护管或电缆槽。

  4.结束语

  一般来说,石油化工罐区常用的液位测量仪表多为雷达液位计、伺服液位计双液位计的形式,可满足多大部分化工物料储罐测量的需求,具有精准度高、真实可靠、自动化智能化水平高的优势的作用,为我国石油化工罐区的安全生产运作提供了可靠保障。——论文作者:张红梅1李博雨2王疆维2

  相关期刊推荐:《自动化与仪器仪表》创刊于1981年,是由重庆市科学技术协会主管,重庆工业自动化仪表研究所、重庆市自动化与仪器仪表学会主办的自动化学术期刊。主要报道控制理论、系统理论、自动化技术、工业自动化仪表、计算机及其应用技术等方面的研究成果、发展动态、经验交流。

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