化工設(shè)計(jì)在罐區(qū)的儀表選型探討

劉傳喜

【摘 ?要】針對(duì)多年的化工工作經(jīng)驗(yàn)，本文提出罐區(qū)儀表工程設(shè)計(jì)中的選型及應(yīng)用。首先本文分析了罐區(qū)計(jì)量?jī)x表的特點(diǎn)與罐區(qū)液位儀表的特點(diǎn)，對(duì)罐區(qū)儀表的選型進(jìn)行了詳細(xì)的探討。

【關(guān)鍵詞】液態(tài)烴罐區(qū);儀表選型;安全檢測(cè)系統(tǒng);

國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)油罐常用的液位測(cè)量?jī)x表有;浮體式液位計(jì)、差壓式液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、伺服式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等等。根據(jù)不同的測(cè)?量原理和方法，每種測(cè)量?jī)x表都有其自身的優(yōu)點(diǎn)及適合應(yīng)用工況。罐區(qū)液位儀表的發(fā)展趨勢(shì)是高精度、多功能、高度自動(dòng)化的方向發(fā)展，并且一些罐區(qū)包含給生產(chǎn)裝置供料的任務(wù)，因此必須要有較高測(cè)量精度及自動(dòng)化程度。

1罐區(qū)計(jì)量?jī)x表

此類儀表主要用于入罐及出罐產(chǎn)品計(jì)量。常用的流量?jī)x表有質(zhì)量流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)等。由于計(jì)量?jī)x表與成本核算及經(jīng)濟(jì)效益有直接關(guān)系，故必須保證測(cè)量精度，同時(shí)考慮穩(wěn)定性及性能價(jià)格比。質(zhì)量流量計(jì)的精度及性能指標(biāo)相對(duì)好一些，雖然一次性投資比較大，但其可以測(cè)量介質(zhì)的密度、溫度和壓力等參數(shù);其他如容積式或速度式流量?jī)x表，在實(shí)際應(yīng)用中可按照實(shí)際需要加以選擇，像黏度較大、腐蝕性或毒性較大的場(chǎng)合慎用渦輪流量計(jì)。

2罐區(qū)液位儀表

對(duì)于常壓罐可以采用單法蘭液位變送器;對(duì)于帶壓罐則可以采用雙法蘭液位變送器來(lái)進(jìn)行液位測(cè)量，這是最簡(jiǎn)便實(shí)用而且經(jīng)濟(jì)的測(cè)量方法，但此種方法需要計(jì)算液位計(jì)遷移量，比較麻煩。對(duì)于球罐及大型儲(chǔ)罐則不太適用，尤其不適用一些高溫介質(zhì)及攪拌介質(zhì)、高黏度介質(zhì)、有毒或腐蝕性介質(zhì)的液位（物位）測(cè)量。

2.1外測(cè)液位計(jì)

外測(cè)液位計(jì)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的一種新型測(cè)量液位的儀表。由西安定華電子有限公司發(fā)明及生產(chǎn)的ELL系列。外測(cè)液位計(jì)的測(cè)量探頭直接吸附在容器外壁，檢測(cè)到的微小機(jī)械振動(dòng)波形的特性由液位振動(dòng)特性和容器振動(dòng)特性決定。根據(jù)計(jì)算關(guān)系，把測(cè)量探頭敏感器件檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)后傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)對(duì)收集到的各種不同模式的振動(dòng)進(jìn)行濾波、判斷，經(jīng)復(fù)雜計(jì)算得到液位測(cè)量值。為保證得到更高的液位測(cè)量精度，還可對(duì)液位的測(cè)量進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

2.2雷達(dá)液位計(jì)

（1）雷達(dá)液位計(jì)原理

發(fā)射一反射―接收是雷達(dá)液位計(jì)的基本工作原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射電磁波信號(hào)，發(fā)射波在被測(cè)物料表面產(chǎn)生反射，反射回來(lái)的回波信號(hào)仍由天線接收。發(fā)射及反射波束中的每一點(diǎn)都采用超聲采樣的方法進(jìn)行采集。信號(hào)經(jīng)智能處理器處理后得出介質(zhì)與探頭之間的距離，送終端顯示器進(jìn)行顯示、報(bào)警、操作等。雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射能量很低的極短的微波脈沖通過(guò)天線系統(tǒng)發(fā)射并接收。雷達(dá)波以光速運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)間可以通過(guò)電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)。一種特殊的時(shí)間延伸方法可以確保極短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定和精確的測(cè)量。即使工況比較復(fù)雜的情況下，存在虛假回波，用最新的微處理技術(shù)和調(diào)試軟件也可以準(zhǔn)確的分析出物位的回波。現(xiàn)有雷達(dá)液位計(jì)有兩種測(cè)量方法，一種是調(diào)頻連續(xù)波式，一種是脈沖式。調(diào)頻連續(xù)波是在頻域中進(jìn)行信號(hào)分析，脈沖式是在時(shí)域中進(jìn)行信號(hào)分析。調(diào)頻連續(xù)波式精度高，脈沖式精度低。近幾年石化行業(yè)中雷達(dá)液位計(jì)的廣泛應(yīng)用跟雷達(dá)測(cè)量檢測(cè)方法的快速發(fā)展是分不開得，采用了罐底跟蹤技術(shù)的雷達(dá)液位計(jì)能準(zhǔn)確的檢測(cè)到更低介電常數(shù)的介質(zhì)的液位。眾所周知，選擇雷達(dá)液位計(jì)的最重要的測(cè)量參數(shù)是介電常數(shù)。

（2）雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)

雷達(dá)液位計(jì)剛推向市場(chǎng)時(shí)，由于價(jià)格很高，所以沒(méi)有得到大家的認(rèn)可。但隨著大家對(duì)它認(rèn)識(shí)的加深，和它本身價(jià)格的下調(diào)，它已經(jīng)得到了愈來(lái)愈多客戶的青睞。用雷達(dá)儀表測(cè)量?jī)?chǔ)罐液位具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a、發(fā)射及接收天線均不與介質(zhì)接觸;

b、高頻電磁波信號(hào)易于長(zhǎng)距離傳送，可測(cè)大量程;

c、測(cè)量不受液面上部空間氣相條件變化的影響;

d、計(jì)量級(jí)精度的雷達(dá)可用于計(jì)量。

雷達(dá)通過(guò)發(fā)射和接收高頻（GHZ級(jí)）電磁能量，并計(jì)算電磁波達(dá)到液位表面并反射回到接收天線的時(shí)問(wèn)來(lái)進(jìn)行液位的測(cè)量，它可以在缺少空氣（真空）或具有氣化介質(zhì)的條件下傳播，并且氣體的波動(dòng)變化不影響電磁波的傳播速度。目前，雷達(dá)液位儀表分三種：常規(guī)的空間傳播式交直流供電雷達(dá)液位計(jì)、新型的空間傳播式24VDC回路供電雷達(dá)液位計(jì)（二線制）和導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。在一般工況條件下，交直流供電和二線制雷達(dá)液位計(jì)都能夠準(zhǔn)確的得到測(cè)量值。但在特殊條件下，如測(cè)量的介質(zhì)介電常數(shù)很小、液面出現(xiàn)波動(dòng)和泡沫、有障礙物等，就需要導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。它的基本原理與雷達(dá)液位計(jì)一樣，稍有不同的是，它利用導(dǎo)波體在氣體中和在液體中的導(dǎo)電性能不同，從而產(chǎn)生一個(gè)液位發(fā)射原始脈沖，同時(shí)在探頭的頂部具有一個(gè)預(yù)先設(shè)定的阻抗，該阻抗導(dǎo)致一個(gè)可靠的基本脈沖發(fā)生，該脈沖稱為基線反射脈沖。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)到液位反射原始脈沖，并與同時(shí)產(chǎn)生的基線反射脈沖相比較，從而計(jì)算出介質(zhì)的液位高。

此外，利用高導(dǎo)電介質(zhì)與低導(dǎo)電介質(zhì)反射波強(qiáng)弱的不同，有可能測(cè)量?jī)煞N液體的界面，條件是界面下的液位介電常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于界面上的液體的介電常數(shù)。現(xiàn)在，兩線制的雷達(dá)液位計(jì)的價(jià)格與一般的液位變送器己相差無(wú)幾。由于雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量技術(shù)越來(lái)越成熟，對(duì)應(yīng)于各種工況條件的產(chǎn)品系列也越來(lái)越全，現(xiàn)在，在國(guó)內(nèi)罐區(qū)液位測(cè)量方面，雷達(dá)液位計(jì)正以前所未有的使用優(yōu)點(diǎn)及性能在各種工況條件下得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

3罐區(qū)儀表選型

球罐是帶壓容器，儲(chǔ)存的介質(zhì)易燃易爆，介質(zhì)組分也不固定，導(dǎo)致密度也常有變化，含H2S等腐蝕性氣體，而且是長(zhǎng)周期運(yùn)行。這就要求所采用的儀表防爆、可靠性高、維護(hù)量小、耐腐蝕，最好是非接觸式儀表，球罐的液位測(cè)量?jī)x表、液位開關(guān)、緊急切斷閥的選型比較特別，在此作詳細(xì)介紹，其他儀表按常規(guī)選型即可。

（1）液位測(cè)量?jī)x表

液位測(cè)量?jī)x表采用了光纖液位計(jì)和雷達(dá)液位計(jì)兩種儀表，經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，

證明這兩種儀表都適用球罐的液位測(cè)量。

（2）光纖液位計(jì)

光纖液位計(jì)由測(cè)量單元（包括磁力浮球、鋼絲繩重錘、導(dǎo)向輪、磁力耦合器等）、光纖傳感器、光電傳感器、二次表及光纜組成，通過(guò)磁力浮球系統(tǒng)將被測(cè)液位信號(hào)變?yōu)橛?jì)量絞輪的精確轉(zhuǎn)動(dòng)，并由此帶動(dòng)光纖傳感器的光學(xué)編碼器，使液位每上下運(yùn)動(dòng)1mm 就有脈沖信號(hào)，再經(jīng)二次表放大整形，可逆判向等處理顯示出液位，同時(shí)輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)給PLC，或通過(guò)RS-232接口與PLC相接。

（3）雷達(dá)液位計(jì)

雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量液位的原理，是通過(guò)天線向測(cè)量液面發(fā)射高頻電磁波，電磁波碰到液面反射回來(lái)，又由天線接收，測(cè)量發(fā)射波和反射波的時(shí)間差，并經(jīng)過(guò)智能化信號(hào)處理器，將這與被測(cè)物位距離成正比關(guān)系的運(yùn)行時(shí)間，轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)4-20mA信號(hào)，送給PLC。

4結(jié)束語(yǔ)

罐區(qū)儀表的選型對(duì)促進(jìn)安全生產(chǎn)有著重要的意義，只有合理的罐區(qū)儀表選型，才能符合"穩(wěn)定可靠"完全滿足生產(chǎn)和安全的要求，解決罐區(qū)的自動(dòng)化故障問(wèn)題。

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