石化储罐自动化仪表与工程设计

燕 巍

（安徽华东化工医药工程有限责任公司上海分公司，上海 200000）

随着我国石油化工工业的迅猛发展，石油化工配套储罐的罐容管理水平也得到了较为明显的发展。过去很多企业的原料和产品的储罐不进行精确的计量，相关的介质贸易计量只是以地磅和相应的卸车或装车质量流量计进行计量。如果两个数值出现较大误差时不容易判断哪个数值是准确的。如果对罐容进行精确计量，那么就可以进行三个数值的比对，更加精确地得到实际交易数量。贸易交接用罐容计量仪表有着特殊的精度和安装要求，设计时要注意合理选型。

1 温度仪表

储罐温度测量是为了监控储罐内介质温度，保证介质温度满足储运要求，对于有罐容精确计量要求（贸易交接用途）的储罐还可以计算罐壳体积膨胀、密度。储罐温度仪表的测量精度要求详见表1[1]。就地温度指示仪表一般选用双金属温度计，精度±1.5%F.S。远传温度仪表的感温元件优先选用热电阻（RTD），热电阻不适用的情况下可选用热电偶。根据表1的要求，一般温度变送器和接收装置的精度≤±0.1℃，那么感温元件的精度要≤±0.2℃。而根据IEC 60751，Pt100铂热电阻Class A等级的允差值为±（0.15+0.002|t|），t为被测温度。如果感温元件的精度要达到≤±0.2℃的话，那么被测温度要在-25～25℃。如果被测介质温度超过这个范围，IEC 60751 Class A的热电阻就不能满足要求，此时应选用精度更高的温度仪表。

表1 温度远传仪表最大允许误差

没有罐容精确计量要求（库存控制用途）储罐的温度仪表的安装要符合各类储罐的要求。如浮顶罐和内浮顶罐的温度仪表宜安装在罐底以上700～1 000mm处，固定顶罐上的温度仪表宜安装在罐底以上700～1 500mm处，插入深度不小于150mm。

有罐容精确计量要求储罐的温度仪表应安装在与进出管口相对的位置，并且尽量安装在储罐的背阴一侧。固定式单点温度仪表安装位置在罐底以上1 000mm以上并且人员容易接近处，插入深度不小于1 000mm。测量罐内蒸汽温度的安装位置要在储罐最大液位高度以上。多点温度仪表采用等间隔安装，温度元件距离罐壁至少900mm，最低测温元件通常在罐底以上1 000mm的位置。温度元件的数量根据罐体高度计算，小于9m的最少4个，9～15m的最少5个，大于15m的最少6个。温度仪表的保护套管材质应该与液体具有相容性，并且压力等级不低于储罐的压力等级。

2 压力仪表

储罐压力测量是为了监控储罐压力，为保证储罐在设计压力内安全运行提供指示或控制信号。对于有罐容精确计量要求（贸易交接用途）的低压储罐还可以用于计算液位、密度，其精度要符合相应标准。低压储罐和压力储罐需要设置就地压力仪表及远传压力仪表，就地压力仪表与远传压力仪表的取压口要分开设置。就地压力表的精度一般不低于±1.6%F.S，操作压力在40kPa以下时选用膜盒压力表，操作压力在40kPa及以上时选用弹簧管压力表。库存控制用途压力变送器精度优于±0.2%F.S即可，用于罐容精确计量系统计算的压力变送器精度根据安装位置及用途的不同而不同，详见表2[1]。

表2 压力远传仪表最大允许误差

3 液位和界位仪表

储罐液位测量是为了监控储罐介质液位高度，为保证储罐安全运行提供指示或联锁控制信号。储存I级和II级毒性液体的储罐、容量≥3 000m3的甲B和乙A类可燃液体储罐、容积≥10 000m3的其他液体储罐都要设置高高液位报警级联锁关闭储罐进口管道控制阀。液位高高报警的液位测量仪表要单独设置[2]，不和液位监视仪表混用。例如液位监测采用雷达液位计，液位高高报警联锁采用音叉开关。

储罐液位仪表的种类繁多，根据输出信号类型可以分为模拟量型和开关量型，根据是否与介质接触可以分为接液型和非接液型。储罐常用模拟量型液位仪表有非接触式雷达液位计、导波雷达液位计、伺服液位计和磁致伸缩液位计等。储罐常用开关量型液位仪表有音叉开关、浮球开关和超声波开关等。

非接触式雷达液位计的用途比较广泛，固定顶罐、浮顶罐、球罐都可以使用，介质可以测量原油、成品油、沥青、液化烃、液化天然气等可燃液体或其他介质，但是要注意介电常数不得低于1.4。当介质有泡沫、水蒸气、沸腾等情况时，建议选用导波雷达液位计，当介质黏度大、有挂料现象时不能选用导波雷达液位计。当液面波动较大、干扰因素大、介电常数低（1.4～2.5）时应加装导波管。非接触式雷达液位计的天线型式和导波雷达的导波杆（缆）的结构型式及材质选型根据储罐类型、介质特性、测量精度/范围、介质温度压力等因素综合确定[3]。比如液化烃球罐一般选用喇叭口天线非接触式雷达液位计，带导波管，导波管尺寸选用DN150或DN200的。液位计与设备之间一般加装球阀，以便在线检修。

伺服液位计适用于测量各种油品、液化天然气、液化烃等介质，但是高黏度介质不适用。用在压力储罐上的伺服液位计一般要在缩径腔和仪表之间设置维修用切断球阀。

磁致伸缩液位计适用于密度≥0.7、黏度不大的（小于600mPa·s）、干净的轻质油品或液化烃介质。

库存控制用途液位变送器精度优于±5mm即可，用于贸易交接用途的液位变送器精度根据用途的不同而不同，详见表3[1]。

表3 液位远传仪表最大允许误差

4 紧急切断阀

为了防止冒罐或抽空罐内介质，一般在大型储罐的油品入口管道和出口管道设置有紧急切断阀。切断阀通过液位高高或低低联锁开关进行动作。如果根据SIL定级确定相关联锁回路为安全仪表回路，有相应的SIL等级要求，则回路内的检测仪表、逻辑控制器和执行机构都应满足相应的SIL等级要求。如果储罐内的介质为易燃易爆介质，并且切断阀安装于火灾危险区域内，则紧急切断阀应采用防火结构设计的阀体，执行机构及附件也应采用防火措施进行保护。防火措施一般采用柔性或刚性防火罩，防火罩应符合UL1709标准，要求能在1 093℃下抵抗烃类火灾30min。在距离紧急切断阀15m之外应设置紧急切断阀的现场操作开关，其接点信号直接送到电磁阀或电液、电动执行机构的ESD动作端子，也可以进到相应的SIS系统。切断阀可以根据介质的特性和管道的大小选择球阀、闸阀或三偏心蝶阀。阀门执行机构优先选用气动执行机构。当工厂无仪表空气系统时也可以选用电动或电液执行机构。

5 仪表的工程设计

5.1 仪表的防爆和防护要求

石化储罐很多时候是有爆炸危险性的，所以在仪表设计时要注意仪表的防爆设计符合要求。要注意仪表所在爆炸危险区域分类（0区或1区或2区）、气体组别（ⅡA或ⅡB或ⅡC）和温度组别（T1～T6）。爆炸危险场所用电动仪表必须取得国家防爆检验机构颁发的防爆合格证书。远传仪表的防护等级一般不低于IP65，就地仪表的防护等级一般不低于IP54。如果是安装于地下或有可能浸水的仪表应选用IP68或更高的防护等级。

5.2 仪表供电

罐区控制系统的供电一般采用不间断电源供电（UPS），电源电压为220V±11V，频率为50Hz±0.5Hz，波形失真率小于5%。现场仪表如果是220VAC外供电的，则一般采用UPS供电。电动阀的电源一般由电气专业供电，供电电源电缆采用直埋或电缆沟充砂敷设。如果必须要在地面上敷设则电缆应采用阻燃或耐火电缆。石油化工厂的罐组内应采用耐火电缆。为了能在紧急情况下动作电动阀，还建议为电动阀配置可移动式应急动力电源装置，专用接口宜设置在罐组防火堤外，并位于爆炸危险区域外。

5.3 仪表电缆敷设

在罐组内优先采用埋地或电缆沟充砂敷设，以便达到防火的目的。条件不允许时也可以采用电缆槽盒地上敷设，但是要注意采用阻燃或耐火电缆。当防火要求高时仪表槽盒也可以采用耐火槽盒。不具备故障关功能的气动紧急切断阀的控制信号电缆和未埋地敷设的电动紧急切断阀的控制信号电缆应采用耐火电缆。电缆进入仪表的电气接口应采用相应防爆级别的防爆电缆密封接头或密封填料接头进行密封。本安和隔爆信号的非铠装电缆要分开敷设，不得共用同一根穿线管，如果在同一个槽盒内敷设则要用可靠接地的金属隔板分隔。

5.4 仪表的防雷接地

电动仪表的外壳都应进行良好的保护接地。仪表电缆如果是分屏总屏结构，则分屏蔽线应单端接地，总屏蔽线应该两端接地。铠装电缆的铠装层应该两端接地。罐区仪表属于安装在空旷地带，易被雷击。一般多雷地区的罐区仪表都做防浪涌保护，设置雷电浪涌防护器，相应的仪表都应做防雷接地。仪表的接地系统应该是等电位接地系统，接到电气专业的接地网上，不独立设置接地系统。

5.5 可燃有毒气体检测

储罐介质如果是甲类气体或甲B或乙A类的液体，则应设置可燃气体探头。如果储罐介质是有毒气体介质或含有有毒气体，并且泄漏气体中有毒气体浓度可能达到报警设定值时应该设置有毒气体探测器。

6 结语

石油化工油品储罐的仪表选型和工程设计需要尽可能地满足储运工艺实际的运行需求和相关行业标准，使得其可以适应工厂自动控制工作的各项需求，达到相应的自动控制水平以及管理水平。同时还应当对油品储罐实际的测量以及计量需求进行分析，就具体的实际工程项目状况确定出相对应的仪表设备选型以及计量方式，编制出较为完整的管理以及自动控制系统方案。