罐表系统调试技术探讨

陈加鑫 丁杰 韩磊 王亚楠

摘要：天然气作为清洁能源受到青睐，致使 LNG接收站项目的建设逐年增多，LNG储罐作为接收站的核心部分，其安全运行及实时监测显得更加重要。其中罐表系统对于实时监测储罐的液位、温度和密度等重要参数起到了重要作用，并为操作人员及时调整相关参数设置提供依据。为了能够独立自主完成典型罐表设备的调试工作，基于01146型一体化测量仪表的說明书、厂家指导手册，并结合 LNG储罐调试工作，完成对罐表系统的调试，总结、精炼出典型罐表设备的调试方法。常用罐表主要安装于 LNG储罐之上，根据指令跟踪液位或到达指定液位，进行数据采集分析，可以检测整个罐温度、密度分布，为预知分层和翻滚提供基础数据。常规储罐一般配有3套及以上液位测量系统，可通过选取液位、温度参数对储罐进行相关逻辑连锁联动，防止储罐由于液位和温度的过高过低造成 LNG翻滚风险。

关键词：罐表;密度;温度;液位

中图分类号：TH85文献标志码：A文章编号：1009-9492（2021）12-0320-04

Discussion on Commissioning of Tank Gauge System

Chen Jiaxin ，Ding Jie ，Han Lei ，Wang Yanan

（China Offshore Oil Engineering Corporation， Tianjin 300452， China）

Abstract： Natural gas is favored as a clean energy， resulting in the construction of LNG terminal projects increasing year by year. As the core part of the terminal， the safe operation and real-time monitoring of LNG storage tank are more important. The tank meter system plays an important role in real-time monitoring important parameters such as liquid level， temperature and density of the tank， and provides a basis for operators to adjust relevant parameter settings in time. In order to independently complete the commissioning of typical tank meter equipment， the commissioning of tank meter system was completed based on the manual and manufacturer's instruction manual of 01146 integrated measuring instrument， combined with the commissioning of LNG storage tank， and the commissioning methods of typical tank meter equipment were summarized and refined. The common tank meter is mainly installed on the LNG tank. It can track the liquid level or reach the specified liquid level according to the instruction for data acquisition and analysis. It can detect the temperature and density distribution of the whole tank and provide basic data for predicting stratification and tumbling. Conventional storage tanks are generally equipped with three or more sets of liquid level measurement systems， which can carry out relevant logic interlocking and linkage on the storage tank by selecting liquid level and temperature parameters to prevent LNG rollover risk caused by too high and too low liquid level and temperature.

Key words： tank gauge; density; temperature; liquid level

0 引言

如今环境保护压力巨大，清洁能源使用日益广泛，天然气作为一种优质的洁净燃料，在能源、交通等领域具有十分广阔的应用前景，加之天然气储量巨大，开发难度适中，使得天然气的开发和利用已成为不可逆转的大趋势。以至于天然气的储存和应用技术已成为专门技术领域，受到工程和学术界等各领域、各界的广泛关注。

目前天然气的储存技术国内已经掌握，作为液化天然气的接收终端（即 LNG 接收站），其功能是接收来自各个地方的 LNG运输船舶，停靠之后完成与接收站之间的 LNG输送。接收站随后将其储存和再汽化后分配给不同地区的用户。接收站储存容量巨大，气化效率高，主要由专用码头、卸料臂、LNG 输送管道、LNG 储罐、 BOG 压缩机、再冷凝器、高压泵、汽化器以及计量外输装置及管道等组成。

罐表系统以其独立性强、稳定性高和维修方便的优点广泛应用于 LNG储罐上，在每座 LNG储罐上安装的自动、多传感器探测设备，储罐罐顶安装的电子控制模块主要用于测量连续的密度和液位，并对罐体内部各个部位，如罐顶、罐壁、罐底的压力和温度进行实时监测。常规 LNG 储罐内部应当装有3套独立工作且互不影响的液位系统，可根据实际情况，液位監测仪表的基础结构可以固定在罐底部，对于伺服液位计的传感器部分可以从罐顶直接进入罐内，并可直达罐底，通过仪表内部的伺服电机来实现驱动装置的自动控制。伺服液位仪表可以根据控制系统发出的控制命令，控制传感器在罐内进行垂直移动。储罐内部的所有系统元件都可以在检修与更换时从罐内取出，前提需要体检做好相应设备的隔离与旁通。液位测量仪表在拆卸后，维修人员必须用全通径球阀使储罐内部与外界进行完全隔离[1]。

本文依托在建 LNG储罐项目，以往罐表系统调试工作均由国外厂家承担，调试费用高、周期长，设备调试方法、调试关键技术均被垄断，为突破这一技术壁垒，本文围绕罐表调试展开工作，本着消化、吸收、总结的思路开展罐表系统调试，依据厂家资料、设计文件、工作原理，安装资料、相关规范、厂家测试报告等，以及国内相关设备资料的参考，设计一套罐表设备的调试方法，增加这一领域的调试经验。

1 功能介绍

01146型智能液位、温度和密度测量系统（LTD）是一个能够测量液位、温度和密度的紧凑单元，可通过浸入在液体内部或液体表面的传感器完成相应的参数的测量。感应浮子装有两个传感器：密度传感器、温度传感器[2]。

模拟数据通过钢带内的8根铜线传输至表头部分，钢带缠绕在表头内部的滚筒上，这个滚筒由微处理器控制的直流电机进行驱动，直流电机可以检测到传感器的位置。当钢带通过链轮时，链轮通过电子驱动编码器。编码器精度为±1 mm 。来自感应浮子的数据可以从密度计 LCD显示屏直接读取。此外，该密度计可连接到现场控制室的各种接收器上，达到监测目的[3]。

（1） 密度测量原理。液体密度的变化由感应浮子在固定的周期内进行转化编译，密度的测量由位于表头内部的微处理器进行测量，该密度会定期显示在 LCD显示屏上。

（2） 温度测量原理。测温原理基于经典的 PT100四线制测量，该温度会定期显示在 LCD显示屏上。

（3） 液位测量原理。该01146型密度计使用一个绝对编码器，准确地记录链轮的旋转，每300 mm为1圈。链轮与绝对编码器之间的耦合是通过磁铁实现的，3个磁铁均安装在链轮内，此外，当检测到一个液位值时，编码器会连续读取2个液位数值，如果2个数值相同，则数据有效，如果不是这样，则会出现错误消息并在液晶屏上显示[4]。

2 系统组成

浙江 LNG二期工程项目所应用的密度计是01146型密度计，密度计经设计可安装在储罐顶部，并配有其他辅助设备，可完成对储罐的测量及管理工作，01146型密度计的元件布置分别如图1、2所示。

典型的罐表系统的两套伺服液位计，主要完成液位、液态 LNG 平均温度、储罐罐壁温度、罐底温度、泄漏检测的测量;密度计主要完成液态 LNG 在规定时间段内的密度和温度取样的测量。

3 调试流程

3. 1 上电前检查

检查电压等级，电压可以为220～240 Vac 或85～140 Vac ，通过选择保险的大小和跳线的接线方式可以完成不同供电电压间的切换操作[5]。

3. 2 现场通讯总线连接

1146型密度计配备了两种冗余式现场总线协议，分别为0～20 mA 电流信号和 RS485通讯方式。

3. 3 传输地址以及波特率的设置

在 PCB面板上有2列指拨开关，每列8个，可以拨动开关完成对现场总线地址、偏移量、波特率设置进行编程操作，现场总线地址以二进制的格式进行编译。

3. 4 检查测量链该步骤主要检查卷带鼓轮与感应浮子之间的接线方式是否正确。

3. 5 密度计现场调试

（1） 设备启动设置与调整

设备安装接线完成之后，可以对设备进行上电操作。

（2） 首次液位调整

①1146型密度计上电。

②确认感应浮子出口处球阀处于关闭状态。

③向上拨动马达控制面板上的就地驱动开关，激活马达就地控制的上、停、下3个按钮[6]，按钮指示如图3所示。

④按下控制按钮，控制静井内部的感应浮子运动至罐底（如果有外部应力限制马达动作时，马达将自动停止）。浮子触碰球阀时，浮子自动停止，马达控制按钮如图4所示。

⑤检查高低停止限位控制杆。向上/向下推动限位控制杆，检查继电器动作方式是否正确（红色LED 指示灯点亮），限位控制杆如图5所示。

⑥按下马达控制按钮，感应浮子动作至高限位位置[6]。

⑦打开出口阀门。

⑧按下按钮，使静井内的浮子下放至罐底，浮子触及罐底后自动停止动作;待浮子触及罐底基准板时，记录 LTD 显示屏上显示的“H0”标志，“H0”位置如图6所示。

⑨按下马达操作按钮，是感应浮子动作至密度计高限位（在感应浮子未到达球密度计顶部时，严禁关闭球阀，以免造成损坏）;待浮子运动至顶部，记录液位数据“HV”，“HV”位置如图7所示。记录实际液位高度： HV-230-H0。

⑩下放感应浮子至球阀顶部;此时 LCD显示液位必须是 H+h;液位标志“H”为当前实际液位高度;液位标志“h”为感应浮子液位偏移量;当液位显示正确时，（LCD必须显示H 值）提升感应浮子。感应浮子必须停止在限位臂处;记录高限位液位 HLL。

?使浮子在球阀与限位臂处重复动作，LCD必须显示 H+h和HLL ，允许误差±1 mm;如果结果正确，液位初始化设置完成;记录高液位值： HSL = HLL –20 mm;首次液位调整完成后，感应浮子的磁簧开关必须移除[7]。

（3） 低限位调整

当首次液位初始化完成后，确认以下步骤。

①感应浮子固定于钢带末端。

②球阀处于全开位置。

③按下马达控制按钮，下放静井中的浮子至罐底，记录低限位液位 LLL ，固定位于限位臂后方的低限位支架[8] （距离罐底1 m处），限位臂如图8所示。

④下放钢带来控制限位臂的动作，钢带必须停止在限位臂上（必须取消磁簧开关控制指令，钢带才能下放）[9]。

重复此操作，LCD 必须显示 LLLL ，误差允许范围±1 mm 。如果结果正确，下液位设置完成，记录下液位值：LSL = LLL +50 mm ，马达高低限位如图9所示。

（4） 配置

1146密度计必须通过软件按照以下步骤完成设置操作：感应浮子参数标定、偏移量参数设置、密度计模式设置（正常模式和液位模式）、密度参数画面、传感器动作参数、安全限位器、钢带补偿、文件配置。此项设置只能在工作站进行，密度计现场总线通过硬线连接至工作站处[10]。密度计现场总线（0～20 mA or RS485）是通过硬线连接至工作站（LNG Manager ， LNG SMS or DCS），接线完成后便可以对软件进行相关配置。

（5） LNG管理员权限配置

LNG管理员画面显示实时时间、罐体细节信息（液位、温度、密度、趋势）、相关报警及总览，管理员可以从控制室直接对现场仪表相关参数进行修改，参数的修改只能通过软件进行，密度计相关元件的补偿参数也可以通过软件进行设置，如传感器、环境温度、钢带等。每一个01146型密度计都配有一个标定证书，该证书包含每一个传感器的标定参数，且每个密度计都不相同，管理员的操作窗口如图10所示。

（6） DCS系統进行配置

管理员也可以通过 DCS控制系统直接对01146型密度计进行配置，罐表管理系统与过程控制系统可以通过20mA 电流回路以及 RS485进行相互通讯，管理员可以在 DCS系统中进行配置升级以及参数的修改工作[11-12]。

4 结束语

本文通过对01146型一体化测量仪表的现场调试，以厂家作业指导书、设备操维手册为基础，总结出一套针对该设备的具体调试方法，并对每一步的操作步骤进行了详细阐述，通过理论计算与现场实际测量，确定相应的液位高点与液位低点值，这是此类测量仪表的关键所在，并在储罐投产进液后进行了实际的观察，所有设备功能均已实现并达到要求，积累了一定的理论知识及实践经验。

参考文献：

[1]胡寿松. 自动控制原理[M]. 北京：科学出版社，2013.

[2]罗兰. 电液位置伺服系统运动控制器的研究[D]. 兰州：兰州理工大学，2018.

[3]潘峰，刘红兵. 西门子PLC控制技术实践[J]. 电工技术，2014（7）：52.

[4]刘艳强. 基于双 CAN总线的数字伺服通讯协议研究[D]. 北京：北京航空航天大学，2006.

[5]西门子公司. 西门子840D 简明调试手册[Z]. 2015.

[6]中国机械联合会. 低压配电设计规范[M]. 北京：中国计划出版社，2012.

[7] GB/T 20368-2012. 液化天然气（LNG）生产、储存和装运[S]. [8] GB/T 22724-2008. 液化天然气设备与安装陆上装置设计[S]. [9]顾安忠. 液化天然气技术[M]. 北京：机械工业出版社，2003.

[10]刘浩， 周永春. LNG低温储罐压力安全系统设计[J]. 化工设计，2007，17（1）：7-10.

[11]周伟国， 阮应君，藤汜颖. 液化天然气储罐中的翻滚现象及预防措施[J]. 煤气与热力，2002，22（4）：294-296.

[12]曾建辉. LNG储罐仪表系统[J]. 中国科技博览，2012（17）：296.

作者简介：陈加鑫（1985-），男，黑龙江哈尔滨人，大学本科，工程师，研究领域为海洋石油钻井平台建造、平台设备、控制系统调试技术，已发表论文4篇。

（编辑：王智圣）