外测液位开关在丙烯储罐上的应用

王帆

(中国石化股份有限公司巴陵石化分公司 供销事业部，湖南 岳阳 414003)

外测液位开关在丙烯储罐上的应用

王帆

(中国石化股份有限公司巴陵石化分公司 供销事业部，湖南 岳阳 414003)

针对某储运罐区的罐形、数量及被测介质的特性，分析了储罐存在的安全隐患，设置液位开关及联锁设备的必要性。分析对比了外侧液位开关和其他液位开关的各项技术指标，介绍了外侧液位开关的变频超声波技术和微震动分析技术，重点介绍了外测液位开关的工作原理、性能特点、安装调试以及在丙烯储罐液位控制和联锁中的应用。应用证明： 外测液位开关具有安全、可靠的特点和方便、经济的实用价值。

丙烯储罐 液位监控 安全联锁 外测液位开关 变频超声波 微振动分析

中国石化股份有限公司巴陵石化分公司八号沟储运罐区属于一级要害罐区，储藏易燃易爆化工原料，主要有丙烯、苯以及环己烷，均属于易燃、易爆、易挥发，有毒性的介质，属于重大危险源。从安全环保角度出发，设计液位高低联锁报警，液位开关与紧急切断阀进行联锁，达到高液位报警值，紧急切断阀动作，关闭进料阀门，防止储罐超高液位，避免冒罐的风险。选择性价比良好，可靠性、稳定性高，维修量小的液位开关，对于实现联锁功能，保证储罐安全环保有着重要意义。

该公司丙烯储罐物料的进出、收付非常频繁，建罐初期由于未设计液位开关及其联锁设备，造成操作人员日常工作量非常大，需通过观察储罐内液位变化，由人工启、停进液泵来控制进液和出液。在罐区隐患治理项目中，选用合适的液位开关是一项重点工作，通过广泛深入了解分析，先后比较了浮球开关、音叉开关、伺服开关、电容式开关、射频导纳开关、超声波开关以及外测液位开关。最终选择了西安定华电子有限公司生产的ELL-SA外测液位开关7套，安装于丙烯罐，至今运行良好。

1 各种液位开关的分析比较

1.1 浮球液位开关

浮球液位开关主要是基于浮力和静磁场原理设计生产的。带有磁体的浮球在被测介质中的位置受浮力作用影响，液位的变化导致磁性浮子位置的变化。浮球中的磁体和磁簧开关作用，产生开关信号。

浮球液位开关采用无源器件，性能稳定可靠，抗干扰能力强，结构简单，安装方便，维护费用低，但测量精度较差，被测介质黏度要小于0.8mPa·s，需开孔安装。

1.2 电容式液位开关

固体物料的物位高低变化导致探头被覆盖区域大小发生变化，从而导致电容值发生变化。探头与罐壁构成1个电容。探头处于空气中时，测量到的是1个小数值的初始电容值。当罐体中有物料注入时，电容值将随探头被物料所覆盖区域面积的增加而相应地增大，开关状态发生变化。

电容式液位开关简单、抗干扰能力强，适用性广泛，但标定困难，精度较差，介质介电常数不小于2F/m，对容器内介质压力、密度、介电常数有特殊要求，安装时需停产、清罐、开孔、动火。

1.3 音叉液位开关

通过安装在基座上的1对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动，当音叉与被测介质相接触时，音叉的频率和振幅将改变，这些变化由智能电路来进行检测，处理并将之转换为1个开关信号，达到液位报警或控制的目的。为了让音叉伸到罐内，通常使用法兰或者带螺纹的工艺接头将音叉开关安装在罐体的侧面或者顶部。

音叉液位开关不受气泡、湍流、泡沫、振动、固体含量、粘附、液体特性等影响，并且不需要标定，安装方便。无活动零件，免维护，自检查与诊断功能保证了高低物位测量的高可靠性。音叉液位开关不适合用于较黏稠的介质，容易导致叉间物料堆积，干扰物位检测，且需开孔安装。

1.4 外贴反射式超声波液位开关

外贴测量探头安装于被监测点，发射高频超声波脉冲，穿过容器壁在容器内传播，由于该脉冲在液相介质内传播率高，在气相介质内的传播率低，因而当被监测点有液体时，高频超声波脉冲在液体内传播，遇对面罐壁被反射形成回波；当被监测点没有液体时，高频超声波脉冲在气体内不传播，不形成反射回波，主机通过感知是否有反射来判断被测点是否有液体。

外贴反射式超声波液位计是非接触测量方式，精度为±0.2%，量程为1～25m，它适用于有腐蚀(酸、碱)的介质、有污染的场合，适合测量无法直接接触的液体。测量精度与被测介质黏度有关，被测介质黏度较大时不易测量；易受温度影响，当温度高时，传播速度会发生变化，仪表反应迟缓，会延迟报警。

2 变频外测液位开关原理和性能特点

2.1 工作原理

ELL变频外测液位开关是一种利用“变频超声波技术”和“微振动分析技术”实现的非接触式液位开关。储罐上每1个被测监控点需安装发射探头和接收探头，利用超声波的传播特性，通过发射探头发射的超声波在气体和液体中传播时发生的变化，接收探头接收到变化后的余振信号，并将其传入主机，由主机根据余振信号的大小来判断被监测点是有液状态还是无液状态，同时输出开关量，控制联锁设备及报警。

2.2 变频变幅超声波技术

变频变幅超声波技术根据不同工况下接收探头接收到的信号效果，自动调节发射探头发射超声波的波长、波频或波强，可以“自适应”地改变接收探头接收到的信号幅值，使仪表能够更稳定、可靠、精确地判断被监测点的液位状态。

2.3 微振动分析技术

微振动分析技术是一种外测信号处理技术，对接收探头接收到的信号进行智能化分析，能够有效地消除干扰和漂移，准确检测信号变化，使变频变幅超声波外测液位开关能适用于各种复杂现场工况，长期稳定、可靠的工作。

2.4 性能特点

1) 非接触测量方式。测量有毒害、有腐蚀、有压力、易燃爆、易挥发、易泄漏的液体时，不使用阀门、连通管、接头，没有漏点，不接触罐内的液体和气体，非常安全。即使在仪表损坏或维修状态下，也绝无引起泄漏、毒害、爆炸的可能。

2) 安装维修方便。安装维修时不动火，不清罐，不影响生产。

3) 可靠耐用。传感器和仪表中无机械运动部件，并严格密封，与外界隔离，不会磨损或腐蚀。

4) 应用范围广。与被测介质的压力、温度、密度、介电常数、黏度及有无腐蚀性无关。

3 外测液位开关现场安装调试

3.1 探头安装位置

根据用户要求的报警高度，选择安装位置，位置选择需遵守以下原则： 首先2探头中心应安装在所需高度，探头间距1m，2探头水平安装，中间不能跨焊缝，探头一侧距离竖直焊缝至少300mm，距离水平焊缝至少100mm，打磨罐壁光滑，打磨范围约为80mm。安装探头前，在探头表面均匀涂抹耦合剂，然后安装探头，用密封胶对探头进行密封。

测量头安装应多选几个位置测试，最终选择信号幅度最强的位置作为安装位置。为了能找到信号强且稳定的安装位置，安装位置表面应当平整、光滑；安装位置的罐壁内表面应该不容易聚集沉积物，或者易于经常清除该处的沉积物。

3.2 供电电源及输出信号

仪表供电线路与仪表内部电路是隔离的，隔离电压为1000V。供电电源可选择24V直流电，也可选择220V交流电。

仪表输出继电器触点负载6A，220V(AC)/30V(DC)，常开接点、常闭接点可选，可与报警器直接连接使用。

4 结束语

该罐区于2013年安装应用外测液位开关，至今运行稳定、可靠并且测量精确，联锁相关设备准确，工作量大幅下降。外测液位开关仪表维护量小，安装方便、操作容易，只需定期检查探头的密封情况和耦合剂即可。

[1] 陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京： 化学工业出版社，2000.

[2] 马银绢，关于生产过程自动化仪表常见故障分析[J].仪器仪表用户，2015(03)： 9-10.

[3] 胥绍禹.超声波液位开关的设计[J].集成电路应用，2002(07)： 72-7.

[4] 张鸿飞.变频超声波液位开关在丁辛醇储罐中的应用[J].石油化工自动化，2016，52(04)： 60-62.

[5] 洪坚，薛山.智能超声波液位开关在油罐中的应用[J].石化技术，2011，18(02)： 46-48.

[6] 李建树，刘伟华.油罐液位超声波测量技术应用前景[J].油气储运，1997(03)： 23-24.

[7] 张新.储油罐超声波液位开关的研制及应用[J].轻工科技，2012(03)： 60-61.

[8] 金梅，王昌波，白任彦.外贴式超声波液位开关在储罐上的应用[J].科技创新导报，2013(02)： 86.

[9] 张燕明，陈永军.超声波液位开关在顺酐装置中的应用[J].中国化工贸易，2013(02)： 132-133.

[10] 才勇智，林成武.超声波液位计在原油储油罐中的应用[J].微计算机信息，2009(19)： 92-93.

王帆，2003年毕业于湖南科技大学自动化专业，目前工作于中国石化股份有限公司巴陵石化分公司供销部，任仪表工程师。

TH

B

1007-7324(2016)06-0067-02

稿件收到日期： 2016-09-04，修改稿收到日期： 2016-09-15。