成品油长输管道输油站储罐液位报警及联锁值的设定方法

胡 懿 王云峰 贺裕卓 何 璇 曾伟文

〔国家石油天然气管网集团有限公司华中分公司湖南输油分公司 湖南长沙 410000〕

成品油长输管道采用的是密闭输送、顺序输送的方式。对于输油站而言，泄压罐常设于泵站和末站，在管道发生水击导致进出站压力超高达到设定值的情况下，管输油品经泄压阀流入泄压罐暂时储存，防止因压力超高引起甩泵甚至管道破裂。此外，泄压罐内的油品可通过转油泵转油至下载管线或装车。混油罐常设于具备混油下载功能的站场，顺序输送总会形成混油，混油进入站场后调度员会将混油进行切割，去除首尾部分的混油段切入混油罐暂时储存，再通过回掺泵回掺至下载管线或装车。

出于安全生产及经济效益的考虑，必须明确泄压罐和混油罐储存液位的高、低液位报警值及联锁值，实现储罐收发油作业安全平稳进行。

1 液位报警及联锁值的设定方法

1.1 设定原则

根据《SH/T 3007—2014石油化工储运系统罐区设计规范》[1]、《GB 50074—2014石油库设计规范》[2]、《GB 17681—1999易燃易爆罐区安全监控预警系统验收技术要求》[3]等标准规范，储罐液位报警[4]设置的要求如下。

(1)储罐应设高、低液位报警和液位检测仪表，同一储罐至少配备两种不同类别的液位检测仪表。

(2)罐容在10 000 m3以上或有频繁操作的油罐宜设自动联锁切断进油装置和联锁停泵。

(3)联锁报警信号应采用单独的液位连续测量仪表或液位开关。

泄压罐一般仅在有水击泄压发生时进行收油, 且其作用在于防止管线压力超高。因此，不必设置高液位联锁，可设低液位联锁；而混油罐收发油作业频繁，一个输油批次中会多次下载混油和回掺。因此，必须设置高、低液位的自动联锁。

根据规范要求，可通过设置液位仪来检测高、低液位报警；通过设置液位开关来检测高、低液位联锁；高高、低低液位报警是否需要设置，可根据实际情况及需求，设在高、低液位报警值与联锁值之间，作为比高、低液位报警更高一级的报警信号。

综上所述，液位报警梯度应包括液位计低报L、液位计低低报LL、低液位开关L液位开关和液位计高报H、液位计高高报HH、高液位开关H液位开关。其中，液位计报警只作为报警信号，液位开关报警可根据实际设置自动联锁或只作为报警信号，其设置高度关系如下：低液位开关L液位开关<液位计低低报LL<液位计低报L，液位计高报H<液位计高高报HH<高液位开关H液位开关，以此形成三级报警。

1.2 泄压罐

泄压罐一般为固定顶罐，即有固定顶的直立圆筒形储罐，主要由罐顶、罐壁和罐底组成。罐壁上装有泡沫发生器，泡沫管有开孔接到储罐内部。

1.2.1 高液位报警梯度

(1)高液位开关高度确定原则。泄压罐高液位开关不设自动联锁，而作为高液位最高一级的报警信号，提醒调度员和现场人员泄压罐液位即将达到泄漏高度。泄压罐高液位开关高度应在泡沫管开孔下沿以下取一个安全裕量的高度，安全裕量应考虑到液体膨胀和泡沫混合液等因素[5]，即:

H液位开关(泄)=HL-(h1+h3)

(1)

式中：H液位开关(泄)为泄压罐高液位开关高度，m；HL为罐壁高度，m；h1为泡沫管开孔下沿至罐壁顶端的高度，m；h3为安全裕量，m，取0.3 m。

(2)液位计高液位报警值确定原则。泄压罐液位计高报值的设定，要考虑到从泄压罐液位计高液位报警开始，至液位上涨到高液位开关报警的时间内，调度员和现场人员能在这段时间之内完成相应的处置措施[6]。因此，应按照比高液位开关低15 min储罐最大进液量折算高度进行设置。即：

H(泄)=H液位开关(泄)-h2

(2)

式中：H(泄)为泄压罐液位计高报值，m；h2为15 min储罐最大进液量折算高度，m。

(3)液位计高高液位报警值确定原则。泄压罐液位计高高报值可在高液位开关和液位计高报值之间进行取值，一般取中间值或比中间值略高，提醒调度员和现场人员泄压罐液位即将达到高液位开关报警高度。

1.2.2 低液位报警梯度

(1)低液位开关高度确定原则。泄压罐低液位开关应设置报警自动联锁停泵，防止液位过低造成转油作业时转油泵进气抽空，发生气蚀。其设置高度与出罐管道上沿的高度有关。因此，应按照比出罐管道上沿高度高150 mm进行设置，即：

L液位开关(泄)=H出罐管道上沿+0.15

(3)

式中：L液位开关(泄)为泄压罐低液位开关高度，m；H出罐管道上沿为出罐管道上沿高度，m。

(2)液位计低液位报警值确定原则。泄压罐液位计低报值的设定，要考虑到从泄压罐液位计低液位报警开始，至液位下降到低液位开关报警联锁停泵的时间内，调度员和现场人员能在这段时间之内完成相应的处置措施。因此，应按照比低液位开关高15 min储罐最大出液量折算高度进行设置。即：

L(泄)=L液位开关(泄)+h5

(4)

式中：L(泄)为泄压罐液位计低报值，m；h5为15 min储罐最大出液量折算高度，m。

(3)液位计低低液位报警值确定原则。泄压罐液位计低低报值按照低液位开关和液位计低报值之间进行取值，一般取中间值或比中间值略低，提醒调度员和现场人员泄压罐液位即将达到低液位开关联锁停泵高度。

1.3 混油罐

混油罐一般为内浮顶罐，其内部有一轴心线上安装有一轴，以其剖面大小置放一个随内部物料增多或减少而上下移动的顶盖，底部装有浮盘支架，罐壁或罐顶装有通气孔。

1.3.1 高液位报警梯度

(1)高液位开关高度确定原则。混油罐高液位开关应设置报警自动联锁关闭罐前阀，防止罐内液位过高发生泄漏，其设置高度与浮盘设计最大高度有关，混油罐高液位开关高度要在浮盘设计最大高度以下取一个安全裕量的高度，安全裕量应考虑到保护浮盘、液体膨胀、泡沫混合液层等因素，即:

H液位开关(混)=h4-h3

(5)

式中：H液位开关(混)为高液位开关高度，m；h4为浮盘设计最大高度，m；对于铝制浮盘且罐壁无通气孔的内浮顶罐，h4=HL-0.5；对于铝制浮盘且罐壁有通气孔的内浮顶罐，h4=HL-0.8。

(2)液位计高液位报警值确定原则。混油罐液位计高报值的设定原则与泄压罐相同，要考虑到从高液位报警开始，至液位上涨到高液位开关报警联锁的时间内，调度员和现场人员能在这段时间之内完成相应的处置措施。因此，应按照比高液位开关低15 min储罐最大进液量折算高度进行设置。即：

H(混)=H液位开关(混)-h2

(6)

式中，H(混)为混油罐液位计高报值，m。

(3)液位计高高液位报警值确定原则。混油罐液位计高高报值按照高液位开关和液位计高报值之间进行取值，一般取中间值或比中间值略高，提醒调度员和现场人员混油罐液位即将达到高液位开关联锁关闭罐前阀的高度。

1.3.2 低液位报警梯度

(1)低液位开关高度确定原则。混油罐低液位开关应设置报警自动联锁停泵，其设置高度与浮盘落架高度有关。回掺作业时液位如果降低到浮盘支架高度以下，浮盘和油品界面之间就可能形成油蒸气空间，存在爆炸风险。因此，低液位开关应按照比浮盘落架高度高200 mm进行设置，即：

L液位开关(混)=H浮盘落架+0.2

(7)

式中：L液位开关(混)为混油罐低液位开关高度，m；H浮盘落架为浮盘落架高度，m。

(2)液位计低液位报警值确定原则。混油罐液位计低报值的设定原则与泄压罐相同，要考虑到从低液位报警开始，至液位下降到低液位开关报警联锁停泵的时间内，调度员和现场人员能在这段时间之内完成相应的处置措施。因此，应按照比低液位开关高15 min储罐最大出液量折算高度进行设置。即：

L(混)=L液位开关(混)+h5

(8)

式中，L(混)为混油罐液位计低报值，m。

(3)液位计低低液位报警值确定原则。混油罐液位计低低报值按照低液位开关和液位计低报值之间进行取值，一般取中间值或比中间值略低，提醒调度员和现场人员混油罐液位即将达到低液位开关联锁停泵高度。

2 实例计算验证

2.1 某成品油管道相关设备现状

某长输成品油管道位于湖南省境内，共有10个输油站，设计输量600万t/a,采用连续分输或集中分输的方式对各站进行分输作业。

以该管道ZZ站为例进行实例说明。ZZ站为下载末站，具有下载、泄压、混油下载及回掺等功能，站场配备有泄压罐和混油罐，对其相关尺寸进行了统计，结果如表1；对其目前的报警值和液位开关高度进行了统计，结果如表2。

表1 ZZ站储罐相关尺寸统计数据

表2 ZZ站储罐液位报警及连锁参数统计数据

此外，泄压罐配套转油泵的额定流量为100 m3/h，混油罐配套回掺泵的额定流量为10 m3/h。

从表2可以看出，目前ZZ站储罐液位报警及连锁参数设置不合逻辑：高液位开关高度低于高液位报警值，相当于高液位报警失效；低液位报警各梯度设置不符合标准规范；高、低液位报警均未起到多级报警的作用，存在安全风险隐患，且未充分利用储罐空容。

2.2 报警设定值校核计算

为保证ZZ站储罐报警值和液位开关高度设定合理且符合设计规范，将按照前文给出的报警值设定方法重新对ZZ站泄压罐和混油罐的各级液位设定值进行校核并调整。

根据统计资料显示：ZZ站泄压罐罐壁高度HL=8 850 mm，泡沫管开孔下沿至罐壁顶端的高度h1=300 mm，安全裕量h3=300 mm，15 min储罐最大进液量取泄压最大流量380 m3/h的折算高度，则h2=1 532 mm；泄压罐出罐管道上沿高度H出罐管道上沿=450 mm，15 min储罐最大出液量取转油泵额定流量100 m3/h的折算高度，则h5=403 mm。

ZZ站混油罐罐壁高度HL=10 080 mm，其所用浮盘为铝合金且罐壁有通气孔，故浮盘设计最大高度h4=10 080-800=9 280 mm，安全裕量h3=300 mm，15 min储罐最大进液量取混油下载最大流量300 m3/h的折算高度，则h2=1 200 mm；混油罐浮盘落架高度H浮盘落架=1 600 mm，15 min储罐最大出液量取回掺泵额定流量10 m3/h的折算高度，则h5=40 mm。

由此可以对ZZ站泄压罐和混油罐液位报警梯度进行重新核算，计算结果如表3。

表3 ZZ站储罐液位报警及连锁参数推荐设定数据

表3给出的ZZ站储罐推荐液位报警设定值符合标准规范，高、低位报警梯度设置合理、逻辑清晰，且充分利用了储罐空容，在实际生产中能够保证储罐安全运行。

3 结束语

相关标准规范给出了储罐液位报警值的设置规定。实际生产中，多数输油站场并未根据实际情况遵循规范来设置其储罐液位报警梯度，或并不明确标准规范的适用性，不合理的报警值会引起安全风险隐患的增加。本文根据相关标准规范，结合实际给出了一种系统的成品油管道输油站储罐液位报警及联锁值设定方法。该方法经实例验证符合现场实际安全生产要求，可同理推广至所有类似的输油站场，以此设置或核算储罐报警梯度，确保储罐收发油作业安全平稳进行，提高长输成品油管道安全生产水平。