石油化工油品儲罐自動化儀表及工程設計分析

李增太

【摘 要】近年來，石油企業加快了轉型和升級步伐，為自身戰略投資擴大堅實的基礎。石油化工儲罐區運用自動化技術越來越多，各種新型測量儀表也得到了廣泛的應用且提高了企業生產效率。為了增強油品設備質量，就要制定相應的設計方案，來解決生產中存在的安全問題。

【關鍵詞】石油化工油品儲罐；測量儀表；自動化；設計

一、石油化工油品儲罐自動化儀表種類

（一）液位測量儀表

用于測量液位的自動化儀表根據油品儲罐容積大小的不同所測量范圍也不相同。對于容積較小（<1x105m3）的油品儲罐來說，液位測量儀表應安裝在灌頂，且適合采用連續液位測量儀表；對于容積較大（>1x105m3）白勺油品儲罐來說，應安裝兩套連續液位測量儀表，并在罐旁配置指示儀，對液位測量儀表測量出的液位進行顯示。在實際使用過程中，為防止液位超標或過低，還需要在自動化儀表系統中安裝監測報警裝置，以便當液位出現異常時系統能夠立刻發出警報。較之不常動作的開關類儀表，連續液位測量儀表由于可以實時對儲罐內液位變化情況進行監測，并能對測量儀表工作狀態進行連續觀察，因而其可靠性更高。對于對可靠性要求較高的石油化工油品儲罐區，一般適宜采用這種連續液位測量儀表。此外，體積計量法也是石油儲罐常用的一種方法。用于測量油品液位的儀表還有雷達液位計、靜壓液位計、混合計量法、伺服液位計等。其中，雷達液位計適用于重、輕質油品等油品儲罐的液位測量。在應用過程中需要對測量精度、介質性質、油品儲罐類型等各因素進行充分考慮，確保雷達天線選擇的合理適用。目前，雷達天線主要有桿式天線、平面天線等幾種類型。

（二）溫度測量儀表

在油品儲罐區中，溫度是計量儲罐溫度補償的重要參數之一，所以溫度測量非常重要。這就需要用到科學溫度測量儀表。計量用油品儲罐溫度測量在油品密度、體積等參數上應符合國家相關標準規定。目前，對于石油化工油品儲罐溫度的測量大多采用的是Pt100鉑熱電阻元件。采用不同溫度測量元件需要參照不同的規范標準。例如，對于熱敏電阻、光纖測量元件等元件在常壓油罐中的使用必須要經過校準且滿足標準規定才可以投入使用。

某相關文獻資料對計量級石油化工油品儲罐溫度測量儀表現場安裝后精度與固有精度所允許的最大誤差進行了明確規定。現場安裝后精度基于質量和體積計量的最大允許誤差分別為1.0℃和0.5℃，固有精度基于質量和體積計量的最大允許誤差分別為0.5℃和0.25℃。

（三）壓力儀表

根據國際標準GB50160規定，按照油品儲罐壓力設計，可以分為常壓儲罐、低壓儲罐和壓力儲罐三種類型。對于這些儲罐壓力的測量需要采用對應的壓力儀表，如低壓儲罐壓力測量和壓力儲罐壓力測量均可以采用壓力變送器。擁有液體密度補償計算與標準體積計算功能的伺服液位計、雷達液位計多用于混合法計量石油化工油品儲罐壓力。采用混合法對油品儲罐進行測量，有質量計量和體積計量兩種方式，將其與連續液位測量儀配套使用，往往可以達到精確的計量結果。

二、油品損耗的影響因素

儲油罐內氣相傳質的三種形式：分子擴散、熱擴散及強制對流。分子擴散是由于儲油罐內上部氣體空間油氣濃度分布不均勻，油蒸汽在濃度差的作用下從高濃度向低濃度運移的過程。在儲油罐內油氣分子由下向上遷移，從而使得儲油罐內上部氣體空間油氣濃度增加。熱擴散是由于溫度的變化引起罐內空間溫度分布不均勻而產生的油氣擴散過程，油蒸汽從高溫區域向低溫區域擴散。強制對流是由于罐內壓強分布不均引起油蒸汽從高壓區域向低壓區域運移的過程。儲油罐內的油品在一定的壓力、溫度條件下就會發生氣化。

引起油品發生損耗的原因大致有儲存蒸發損耗、作業損耗及設備故障損耗這三種，其中儲存蒸發損耗起主導作用。

（一）儲存蒸發損耗

儲油罐內油品的損耗主要來自于儲存蒸發損耗。儲存損耗又包括自然蒸發損耗、小呼吸損耗及大呼吸損耗。自然蒸發損耗是由于儲罐密封性不好引起油品與大氣流通而發生的油品損耗；大呼吸損耗是由于罐內自由液面的升降導致油蒸汽經機械呼吸閥排出；小呼吸損耗是由于晝夜溫差，使得儲罐內的油蒸汽壓力發生變化，吸入空氣造成的油氣損耗。

（二）作業損耗

作業損耗主要包括裝卸油損耗、設備維護損耗及其他操作損耗。裝卸損耗是在裝卸油品的過程中造成的油品損耗，主要表現為大呼吸損耗，有時也會表現為飽和損耗；設備維護損耗是在對管線、泵機組等設備進行維護的過程中造成的油品損耗；其他操作損耗是在清洗罐底、油品倒灌以及灌泵時造成的油品損耗。

（三）設備故障損耗

有時候設備發生故障也會導致油品的損耗。如浮頂罐密封圈不嚴，油罐、泵機組等設備泄漏，機械呼吸閥漏氣造成的損耗。

三、降低油品損耗的措施

工藝上常采用嚴格控制油品儲存的條件，優化操作、加強管理，油氣回收等措施來降低儲油罐內油品損耗。

（一）嚴格控制油品儲存的條件

油品的儲存溫度、壓力直接影響著油品損耗。從溫度方面著手可采用淋水、刷涂料（白色）、縮小晝夜溫差等方式減少油品損耗；從壓力方面著手可以控制外界環境的壓強，提高油罐承壓能力來減少油品的小呼吸損耗。如采用球形罐可明顯提高儲罐的承壓能力，但是造價較高。同時適當通風，既能保證油氣的流通，也可以使油品的損耗量降到最低。

（二）優化操作、加強管理

優化操作：檢尺人員應盡量在清晨或傍晚作業，此時儲油罐內外壓差較小，排氣損耗較少，檢尺完成后應盡快蓋上油蓋；化驗人員對油品進行水含量等各項指標檢測時應緩慢放油，降低油品的通風損耗及小呼吸損耗；盡量高液位儲油，減小油氣空間；平時盡量不要打開儲油罐上的透光孔和量油孔等；縮短收發油之間的時間間隔；裝油進罐時采用液下密閉的形式。

加強管理：定期檢查機械呼吸閥、計量裝置等設備的密封狀況；盡量減少油品輸轉次數，減少油品與空氣接觸的機會；定期檢尺檢測油罐液位，及時發現各種異常情況；提高操作及管理自動化水平，通過計算機系統實時監控儲油罐溫度、壓力、液位等參數的變化，防止意外事故的發生；加強對相關工作人員的培訓，提高員工的安全意識及技術水平；及時統計、傳遞罐區的基礎數據及情況。

（三）油氣回收

常用的油氣回收技術有三種：冷凝法、吸附法及吸收法。冷凝法是采用多級冷凝器對油氣進行深度冷凝，實現回收油蒸汽的目的；吸附法是通過活性炭、天然沸石等固體吸附體在一定條件下對油氣進行選擇性吸附來回收油氣；吸收法是利用油氣的化學性質，使用適宜的吸收劑與油氣在吸收塔內發生化學反應回收油氣的技術。在這三種技術基礎上，又衍生出了一些改進工藝，如工業上常采用管線連通儲存同一種油品的油罐，再通過一根集氣管連接集氣罐，構成密閉的油氣回收系統有效回收揮發損耗的油蒸汽，對于輕組分氣體油氣回收系統的回收率可達90%以上。

四、石油化工油品儲罐自動化儀表工程設計

（一）儀表防護防爆設置

由于自動化儀表工作在易燃易爆的石油化工產品油罐區域，因而需要對儀表進行良好的防護防爆設置。按照國家有關防護等級規定，用于現場測量的儀表外殼防護等級應至少達到GBIP65，安裝在地下的自動化測量儀表，其外殼防護等級應至少達到GBIP68。在防爆方面的性能設計，國家規定所有用于爆炸危險場所的自動化儀表防爆性能都必須符合對應爆炸危險場所的防爆標準要求，并通過國家等級防爆檢驗合格證。這是石油化工油品儲罐用自動化儀表工程設計中，所必須達到的兩個基本指標。目前，基于服務器的石油化工產品儲罐安全系統是較為先進和安全的一種設備。

（二）罐區安全設置

正常情況下，石油化工油品儲罐區的日常運行是較為穩定的，風險與事故發生概率較低，所以對于沒有特殊要求的罐區一般只設置報警裝置和聯鎖機制。若依據實際情況需要設置自動化儀表系統，則應嚴格按照國家標準《石油化工安全儀表系統設計規范》來對自動化儀表工程進行設計，確保其符合國家相關標準規定。同時，還要對設計出的自動化儀表安全等級與可操作性進行檢驗和評估，以便合理確定出儀表所需安全等級，確保儀表能夠切實發揮效用對危險現場進行安全測量，并為自動化儀表系統安裝方案的制定提供理論依據和支持。

根據以往石油化工油品儲罐區發生的重大事故原因分析，違章作業是導致事故發生的主要原因之一，所以除了防護防爆之外，還要對各作業環節、操作行為等可能引發火災等事故因素進行認真檢測與控制，提高油品罐區安全系數。

（三）有毒氣體、可燃氣體檢測

對于自動化儀表在有毒有害氣體、可燃性氣體方面的檢測設計，許多相關規范中都進行了明確的規定，如《石油化工可燃氣體及有毒氣體檢測報警設計規范》等。即在儀表工程實際設計過程中，需嚴格按照這些規范來進行。但值得注意的是，由于編制原則和側重點存在一定差異，因而各規范規定標準不盡相同，有些差別較大，所以自動化儀表對有毒氣體、可燃氣體檢測功能與標準的設計，應對石油化工油品罐區現場及要求進行綜合考慮。

五、儲罐計量設計方案

石油化工產品儲罐在采用靜壓法的時候，要嚴格遵守國家相關標準。靜壓法主要是針對儲罐內液體壓力和差壓測量，對于壓力變送器具有依賴性。靜壓法的優點是：將測量結果進行換算，并可以迅速得到參數值，投資成本比較低，設計方案也是比較簡單的。但是，這種方法不能得到儲罐內全部液體的平均密度，會使得測量結果出現偏差。在確定最佳設計方案時，要對測量儀表結構、現場儀表結構、自動控制系統結構進行分析，并制定出適合這些裝置的集成方案。對于要求低的小型罐區，可以將軟件組態方式應用到自動控制系統當中，從而提高了石油的計量管理水平。對于計算相對來說較復雜的計量裝置，則在儲罐結構設計中加入計量軟件。

由于在設計方案中所含的變量比較多，設計人員要在儲罐結構中設置信號通信單元，并根據相關標準選擇合適的信號傳輸方式，增強儲罐自動化控制運行率。同時，在各種輔助數據表作用下，設計人員選擇的計算方法可以提高準確性，得到儲罐油品質量信息及體積參考信息，進而對儲罐服務功能有了提高。

六、結束語

總之，與油品罐區安全等級、各指標測量息息相關的，用于石油化工油品罐區的自動化儀表及其設計需要考慮諸多因素，這樣才能保證設計的科學合理，設計符合國家各相規范標準規定。我國自動化儀表工程設計人員應努力提高自身專業能力與實踐經驗，為新一代高自動化、高測量精度石油化工油品罐區自動化儀表的產生而努力。

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