常壓儲罐遠傳液位測量儀表設置探討

姬玲君，周新宇，鄭娟娟，程 彬

（中石油華東設計院有限公司，山東 青島 266071）

石油化工企業中的原料和產品大多具有易燃易爆的特性，油品儲運是煉油廠、油庫等廠區的基礎儲備，存儲過程中如果發生泄漏，很容易引發火災或爆炸，從而導致十分嚴重的后果，帶來難以估計的經濟損失，甚至造成人員傷亡。因此，液位作為儲罐最重要的監測參數之一，不僅用來計算庫容，還需參與儲庫安全聯鎖。如何選擇一款合適的液位計，準確真實地反應儲罐液位就顯得尤其重要。本文針對常壓儲罐分析其液位選型、安裝及接線等方案。

1 常壓儲罐

常壓類油品儲罐一般分為拱頂罐、外浮頂罐和內浮頂罐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，不會隨著介質的上升下降而浮動。比較常見的柴油、燃料油、瀝青、渣油介質，多采用拱頂罐。

外浮頂罐即罐頂隨著介質的上升下降而浮動，比較常見的原油多采用外浮頂罐。

內浮頂罐屬于拱頂罐和外浮頂罐的結合，即罐頂和罐體采用焊接的方式連接。罐頂固定，但罐內設有浮盤，浮盤隨著介質的上升下降而浮動。比較常見的輕質油品如汽油、航煤等介質，多采用內浮頂罐。

2 液位儀表

常壓儲罐連續液位測量儀表常用的有：雷達液位計、伺服液位計、磁致伸縮液位計、鋼帶液位計等。根據工藝需求，液位計分控制級和計量級，控制級的液位儀表固有精度不應低于±3mm，計量級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不低于±1mm；基于質量交接的液位儀表固有精度應不低于±3mm。

2.1 雷達液位計

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

接觸式雷達液位計可用于輕質油品，不受冷凝和掛料影響的油品測量，如汽油、柴油等介質。

非接觸式雷達液位計可用于大部分油品儲罐，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的輕質油品、重質油品，如原油等介質，但平面天線一般需要與導波管配套使用。

2）拋物面天線多用于容易在天線上附著結焦的重質油品[1]，如原油、渣油、瀝青、燃料油等介質，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油品，如汽油、柴油等介質。當受限于安裝空間，不便于使用拋物面天線的非高溫重質油品場合，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天線上附著結焦的工況，不宜選用喇叭口天線。

目前，隨著技術的不斷完善和進步，非接觸式雷達液位計的天線類型也不局限于以上幾種類型，可根據產品的適用工況，選用其它天線類型的雷達液位計。

當儲罐內有影響微波傳輸的障礙物或是介電常數低的介質，不建議選用雷達液位計，宜選用其它幾種液位儀表。

2.2 伺服液位計

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

2.3 磁致伸縮液位計

磁致伸縮液位計可用于測量密度不小于0.7g/cm3的干凈非結晶介質儲罐。磁致伸縮液位計可同時集成液位、油水界位和多點溫度計，當考慮節約投資時，可考慮選用磁致伸縮液位計。但當測量介質的黏度過高，溫度高于350℃時，不建議選用磁致伸縮液位計。

2.4 液位開關

儲罐液位開關有：音叉開關、外貼液位開關、浮球液位開關等。音叉開關可用于粘度較低的輕質油品介質，外貼液位開關多用于重質油品、易結晶或改造項目不適合增加開口的儲罐，浮球液位開關多用于干凈介質的水罐等。

雷達液位計、伺服液位計、磁致伸縮液位計的性價比比較見表1。

表1 遠傳液位儀表性價比比較Table 1 Comparison of price-performance ratio of remote liquid level instruments

3 常壓儲罐液位儀表設置方案

常壓儲罐液位儀表的設置和選型根據罐容大小和介質特性選擇，一般有以下4種設置方案。

方案一：儲罐設置一套連續液位測量儀表。該方案一般用于小型儲罐，可使用雷達式液位計、伺服液位計、磁致伸縮液位計等液位儀表，可根據介質特性、項目預算進行選擇。

方案二：儲罐設置一套連續液位測量儀表。高高、低低液位開關各一套，液位開關用于高高、低低報警和聯鎖。該方案一般用于儲存Ⅰ、Ⅱ級毒性液位儲罐、容量≥3000m3的甲B和乙A類可燃液體儲罐及容量≥10000m3的其他類液體儲罐。

方案三：儲罐設置兩套連續液位測量儀表。該方案同樣適用于方案二中提到的工況，同時應用于容量≥100000m3的儲罐。相對方案二，液位開關受儲罐高高、低低液位報警位置限制，而連續測量儀表屬于實時測量，不受安裝高度限制，連續測量儀表要比液位開關更可靠，所以當要求高可靠性時，建議選用連續測量儀表替代液位開關，但液位開關的成本要比連續測量儀表的成本低。當選用兩套連續測量儀表時，優先考慮選用不同測量原理的兩套連續液位測量儀表，但因測量介質特性限制時，可選用兩套相同測量原理的液位儀表。例如，因介質黏度較高、溫度較高時（如原油、蠟油、瀝青等介質），不適合選用伺服液位計和磁致伸縮液位計，此時可選用兩套雷達液位計。

方案四：儲罐設置兩套連續液位測量儀表（同類型或不同類型）+一套液位開關（高高、低低液位開關）。液位開關可選用音叉開關、外貼開關、浮球開關等。當連續液位測量儀表選用的是總線型，且參與聯鎖控制時，連續液位測量儀表可輸出兩路信號，一路4mA～20mA或一路干觸點信號用于液位聯鎖控制，一路總線信號進入DCS系統或TGS系統進行油品計量、油品移動、液位控制等。

當儲罐設置有兩套或3套液位計時，并且有高高、低低液位聯鎖時，選用一取一、二取一、三取二的方案，需要根據實際的介質特性、物料供應、SIL定級等綜合考慮。

綜上所述，不同的使用工況選用的方案不同，特整理歸納見表2。

表2 液位儀表設置方案Table 2 Setting scheme of liquid level instrument

4 常壓儲罐液位儀表的安裝方式

4.1 連續液位測量儀表

雷達液位計、伺服液位計、磁致伸縮液位計安裝方式一般為法蘭連接，安裝較為簡單，但根據實際工況和使用需求，有時需要設置導波管，大致可分為以下幾種情況：

1）因雷達液位計使用過程中，會受介質波動影響，所以當儲罐內介質可能會有嚴重擾動的情況時，應在儲罐內設置防擾動管，防止擾動。

2）當雷達液位計、伺服液位計、磁致伸縮液位計在內浮頂罐上安裝時，需要設置導波管（或防擾動管）。當選用磁致伸縮液位計時，在導波管和內浮盤交界處，應設置密封裝置，以便減少油氣的揮發。

3）當雷達液位計、伺服液位計在外浮頂罐上安裝時，需要設置導波管（或防擾動管）。

4）部分產品（如導波陣列天線式雷達液位計等）需與導波管配套使用。

導波管應保持垂直，偏差不大于1°。導波管內壁任何地方應保證光滑，無毛刺，焊接處采用套焊方式，焊接處無焊瘤[4]。根據需要，導波管底部可安裝反射板，導波管底部和頂端需與儲罐做良好固定。

當內浮頂儲罐設置有平均溫度計時，液位儀表的導向管可以和儲罐上平均溫度計的導向管設在一個導向柱內，同時起到對儲罐浮盤的導向作用。

連續液位測量儀表一般設于盤梯頂平臺附近，便于檢修。且與罐頂的量油孔在一個同心圓上，便于校正并在一定程度上保證校驗的精度。

4.2 音叉液位儀表

音叉開關安裝在外浮頂罐和內浮頂罐上時，叉體設在管嘴短管內，不應深入罐體內，阻礙浮盤的浮動。

當音叉開關用于原油等粘度稍大的油品儲罐時，音叉開關的管嘴一般往上傾斜一定角度；當液位降低時可便于介質流出管嘴，避免積液影響音叉開關的使用。

音叉液位開關在儲罐上安裝時，安裝處正下方應有盤梯踏步或檢修平臺，但是距離踏步和平臺的高度應根據區域特征、人員身高綜合考慮，避免存在碰頭等安全隱患。

4.3 外貼液位開關

外貼液位開關安裝時，傳感器應避開管線和其它障礙物，并且應避開儲罐管壁的焊縫處。一般油品儲罐的焊縫每隔2m一個焊縫，但具體項目應與設備專業確認后確定。

5 液位儀表的信號連接

連續液位測量儀表一般具有可同時輸出總線信號和4mA~20mA信號，或繼電器觸點信號功能?？偩€信號可選用專用總線，也可選用標準的通信接口和通用通信協議。

當用于計量級儲罐時，應選用總線型液位儀表，同時需將儲罐的溫度、油水界位、密度、壓力等信號接入連續液位測量儀表，將RTD、熱電偶信號和4mA~20mA信號轉換成通訊信號，通過液位計總線信號通信單元接入儲罐的數據管理系統或罐區自動化系統[2]。

當用于非計量級儲罐時，可選用總線型液位儀表，也可選用常規的4mA~20mA信號液位儀表。

當儲罐相對集中、數量較多、距離較遠時，建議選用總線型液位計。該方案可以匯集溫度、壓力、液位信號，因此該方案除了可節省大量的電纜敷設，同時也能節約控制系統卡件，既經濟又實用。

液位儀表類型不同、供應商不同，總線信號接線原理也不同，常見的有FF總線、BPM總線、V1總線、TRL/2總線等模式。選用總線型液位計時，可在現場設置總線信號接線箱，將液位計的通信信號匯集到總線信號接線箱，在總線信號接線箱內進行并聯連接，再通過通信信號電纜將信號接至液位計總線信號通信接口單元，圖1是某品牌總線型液位計接線箱原理圖。

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

6 結語

本文根據實際的工程項目情況，簡單闡述了常壓儲罐液位測量儀表的選型、安裝和接線方式，總結了油品儲罐液位儀表設置的幾種方案，供廣大工程設計人員和施工、維護人員參考。

因油品儲運的可燃、易爆特征，為油品儲罐選用一款合適的液位測量儀表，對保障人身和財產安全尤其重要。在工程實施過程中，應根據介質的特性、項目的環境、業主建設項目的主要需求等多方面考慮，選擇最合適、最優的方案，以滿足石油化工行業要求的可靠性、安全性和有效性。