常压储罐远传液位测量仪表设置探讨

2022-04-01姬玲君周新宇郑娟娟

仪器仪表用户 2022年4期

姬玲君，周新宇，郑娟娟，程彬

（中石油华东设计院有限公司，山东青岛 266071）

石油化工企业中的原料和产品大多具有易燃易爆的特性，油品储运是炼油厂、油库等厂区的基础储备，存储过程中如果发生泄漏，很容易引发火灾或爆炸，从而导致十分严重的后果，带来难以估计的经济损失，甚至造成人员伤亡。因此，液位作为储罐最重要的监测参数之一，不仅用来计算库容，还需参与储库安全联锁。如何选择一款合适的液位计，准确真实地反应储罐液位就显得尤其重要。本文针对常压储罐分析其液位选型、安装及接线等方案。

1 常压储罐

常压类油品储罐一般分为拱顶罐、外浮顶罐和内浮顶罐3种形式。

拱顶罐又称固定顶罐，即罐顶和罐体采用焊接的方式连接。罐顶固定，不会随着介质的上升下降而浮动。比较常见的柴油、燃料油、沥青、渣油介质，多采用拱顶罐。

外浮顶罐即罐顶随着介质的上升下降而浮动，比较常见的原油多采用外浮顶罐。

内浮顶罐属于拱顶罐和外浮顶罐的结合，即罐顶和罐体采用焊接的方式连接。罐顶固定，但罐内设有浮盘，浮盘随着介质的上升下降而浮动。比较常见的轻质油品如汽油、航煤等介质，多采用内浮顶罐。

2 液位仪表

常压储罐连续液位测量仪表常用的有：雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计、钢带液位计等。根据工艺需求，液位计分控制级和计量级，控制级的液位仪表固有精度不应低于±3mm，计量级液位仪表的固有精度一般分两种：基于体积交接的液位仪表固有精度应不低于±1mm；基于质量交接的液位仪表固有精度应不低于±3mm。

2.1 雷达液位计

雷达液位计分接触式和非接触式，接触式雷达液位计的天线有杆式和缆式等，非接触式雷达液位计的天线有喇叭口、平面天线和抛物面天线等类型。

接触式雷达液位计可用于轻质油品，不受冷凝和挂料影响的油品测量，如汽油、柴油等介质。

非接触式雷达液位计可用于大部分油品储罐，大致可按照以下原则选择：

1）平面天线多用于非腐蚀性介质的轻质油品、重质油品，如原油等介质，但平面天线一般需要与导波管配套使用。

2）抛物面天线多用于容易在天线上附着结焦的重质油品[1]，如原油、渣油、沥青、燃料油等介质，但抛物面天线需要的安装空间较大。

3）喇叭口天线多用于轻质油品，如汽油、柴油等介质。当受限于安装空间，不便于使用抛物面天线的非高温重质油品场合，也可选用喇叭口天线。但操作温度较高，在罐顶温度降低后容易在液位计天线上附着结焦的工况，不宜选用喇叭口天线。

目前，随着技术的不断完善和进步，非接触式雷达液位计的天线类型也不局限于以上几种类型，可根据产品的适用工况，选用其它天线类型的雷达液位计。

当储罐内有影响微波传输的障碍物或是介电常数低的介质，不建议选用雷达液位计，宜选用其它几种液位仪表。

2.2 伺服液位计

伺服液位计用于精度要求高的轻质油品、非腐蚀性质的储罐，粘稠类重质油品不宜选用伺服液位计，如常见的汽油、柴油、航煤等均可使用伺服液位计，但原油、渣油、蜡油、沥青等粘稠类介质在常压储罐不宜使用伺服液位计。

2.3 磁致伸缩液位计

磁致伸缩液位计可用于测量密度不小于0.7g/cm3的干净非结晶介质储罐。磁致伸缩液位计可同时集成液位、油水界位和多点温度计，当考虑节约投资时，可考虑选用磁致伸缩液位计。但当测量介质的黏度过高，温度高于350℃时，不建议选用磁致伸缩液位计。

2.4 液位开关

储罐液位开关有：音叉开关、外贴液位开关、浮球液位开关等。音叉开关可用于粘度较低的轻质油品介质，外贴液位开关多用于重质油品、易结晶或改造项目不适合增加开口的储罐，浮球液位开关多用于干净介质的水罐等。

雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计的性价比比较见表1。

表1 远传液位仪表性价比比较Table 1 Comparison of price-performance ratio of remote liquid level instruments

3 常压储罐液位仪表设置方案

常压储罐液位仪表的设置和选型根据罐容大小和介质特性选择，一般有以下4种设置方案。

方案一：储罐设置一套连续液位测量仪表。该方案一般用于小型储罐，可使用雷达式液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计等液位仪表，可根据介质特性、项目预算进行选择。

方案二：储罐设置一套连续液位测量仪表。高高、低低液位开关各一套，液位开关用于高高、低低报警和联锁。该方案一般用于储存Ⅰ、Ⅱ级毒性液位储罐、容量≥3000m3的甲B和乙A类可燃液体储罐及容量≥10000m3的其他类液体储罐。

方案三：储罐设置两套连续液位测量仪表。该方案同样适用于方案二中提到的工况，同时应用于容量≥100000m3的储罐。相对方案二，液位开关受储罐高高、低低液位报警位置限制，而连续测量仪表属于实时测量，不受安装高度限制，连续测量仪表要比液位开关更可靠，所以当要求高可靠性时，建议选用连续测量仪表替代液位开关，但液位开关的成本要比连续测量仪表的成本低。当选用两套连续测量仪表时，优先考虑选用不同测量原理的两套连续液位测量仪表，但因测量介质特性限制时，可选用两套相同测量原理的液位仪表。例如，因介质黏度较高、温度较高时（如原油、蜡油、沥青等介质），不适合选用伺服液位计和磁致伸缩液位计，此时可选用两套雷达液位计。

方案四：储罐设置两套连续液位测量仪表（同类型或不同类型）+一套液位开关（高高、低低液位开关）。液位开关可选用音叉开关、外贴开关、浮球开关等。当连续液位测量仪表选用的是总线型，且参与联锁控制时，连续液位测量仪表可输出两路信号，一路4mA～20mA或一路干触点信号用于液位联锁控制，一路总线信号进入DCS系统或TGS系统进行油品计量、油品移动、液位控制等。

当储罐设置有两套或3套液位计时，并且有高高、低低液位联锁时，选用一取一、二取一、三取二的方案，需要根据实际的介质特性、物料供应、SIL定级等综合考虑。

综上所述，不同的使用工况选用的方案不同，特整理归纳见表2。

表2 液位仪表设置方案Table 2 Setting scheme of liquid level instrument

4 常压储罐液位仪表的安装方式

4.1 连续液位测量仪表

雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计安装方式一般为法兰连接，安装较为简单，但根据实际工况和使用需求，有时需要设置导波管，大致可分为以下几种情况：

1）因雷达液位计使用过程中，会受介质波动影响，所以当储罐内介质可能会有严重扰动的情况时，应在储罐内设置防扰动管，防止扰动。

2）当雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计在内浮顶罐上安装时，需要设置导波管（或防扰动管）。当选用磁致伸缩液位计时，在导波管和内浮盘交界处，应设置密封装置，以便减少油气的挥发。

3）当雷达液位计、伺服液位计在外浮顶罐上安装时，需要设置导波管（或防扰动管）。

4）部分产品（如导波阵列天线式雷达液位计等）需与导波管配套使用。

导波管应保持垂直，偏差不大于1°。导波管内壁任何地方应保证光滑，无毛刺，焊接处采用套焊方式，焊接处无焊瘤[4]。根据需要，导波管底部可安装反射板，导波管底部和顶端需与储罐做良好固定。

当内浮顶储罐设置有平均温度计时，液位仪表的导向管可以和储罐上平均温度计的导向管设在一个导向柱内，同时起到对储罐浮盘的导向作用。

连续液位测量仪表一般设于盘梯顶平台附近，便于检修。且与罐顶的量油孔在一个同心圆上，便于校正并在一定程度上保证校验的精度。

4.2 音叉液位仪表

音叉开关安装在外浮顶罐和内浮顶罐上时，叉体设在管嘴短管内，不应深入罐体内，阻碍浮盘的浮动。

当音叉开关用于原油等粘度稍大的油品储罐时，音叉开关的管嘴一般往上倾斜一定角度；当液位降低时可便于介质流出管嘴，避免积液影响音叉开关的使用。

音叉液位开关在储罐上安装时，安装处正下方应有盘梯踏步或检修平台，但是距离踏步和平台的高度应根据区域特征、人员身高综合考虑，避免存在碰头等安全隐患。

4.3 外贴液位开关

外贴液位开关安装时，传感器应避开管线和其它障碍物，并且应避开储罐管壁的焊缝处。一般油品储罐的焊缝每隔2m一个焊缝，但具体项目应与设备专业确认后确定。

5 液位仪表的信号连接

连续液位测量仪表一般具有可同时输出总线信号和4mA~20mA信号，或继电器触点信号功能。总线信号可选用专用总线，也可选用标准的通信接口和通用通信协议。

当用于计量级储罐时，应选用总线型液位仪表，同时需将储罐的温度、油水界位、密度、压力等信号接入连续液位测量仪表，将RTD、热电偶信号和4mA~20mA信号转换成通讯信号，通过液位计总线信号通信单元接入储罐的数据管理系统或罐区自动化系统[2]。

当用于非计量级储罐时，可选用总线型液位仪表，也可选用常规的4mA~20mA信号液位仪表。

当储罐相对集中、数量较多、距离较远时，建议选用总线型液位计。该方案可以汇集温度、压力、液位信号，因此该方案除了可节省大量的电缆敷设，同时也能节约控制系统卡件，既经济又实用。

液位仪表类型不同、供应商不同，总线信号接线原理也不同，常见的有FF总线、BPM总线、V1总线、TRL/2总线等模式。选用总线型液位计时，可在现场设置总线信号接线箱，将液位计的通信信号汇集到总线信号接线箱，在总线信号接线箱内进行并联连接，再通过通信信号电缆将信号接至液位计总线信号通信接口单元，图1是某品牌总线型液位计接线箱原理图。