油料罐溢流分析与改进

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(北京橡胶工业研究设计院有限公司，北京 100143)

橡胶工业中油料罐溢流是指油料储罐在加注油料过程中，油料充满罐体，并从罐体顶部的溢流口流出，流到地面的现象。由于油料系统存储的是芳烃油和润滑油，流到地面上会污染环境。若渗入地下或排入下水道会污染土壤和水体，造成环境污染。油料溢流会损失一部分油料，有的会造成大的经济损失。清理污染的地面、土壤和水体，同样费工费时。甚至个别极端情况会造成安全事故。油料罐溢流同时会对生产油料系统设备厂家的口碑造成影响。所以从各个方面考虑，我们希望尽量减少油料储罐溢流发生的可能。

1 油料罐油位控制原理

橡胶工业设备中，油料罐溢流多发生于存在较小容量中间干燥罐的系统。橡胶工业生产过程中，工艺油（芳烃油）和润滑油使用量非常大，一般存储在室外油料储罐中。有的油料系统的油料储存罐和干燥罐，由同一个罐充当。有的是油料储存罐和干燥罐分开，由不同的罐体构成。而在生产实践中溢流现象多发于充当干燥罐的中间罐体。一般油料储存罐体积大，容量大，可根据运油车载油量估算需要加注时间或油位位置。且加注过程中有工人值守，能够进行观察。而一般中间干燥罐罐体较小，容量有限，需要频繁的注油和抽油。且加注过程多为自动控制，若发生故障不易及时察觉。

为直观显示油位，可在油料罐侧面加装玻璃管液位计或磁翻板液位计。但由于工艺油（芳烃油），在较低的气温下变得黏稠，不易流动，玻璃管液位计及磁翻板液位计的显示效果并不理想。在人工加注油料过程中，通过观察玻璃管或磁翻板计进行判断时，有时会产生误判。若观察油料罐溢流口是否有溢流，则时间滞后，不理想。故油料罐在设计过程中，一般会在上部和底部添加两个液位传感器（开关量的）用以检测油料位置。见图1。当底部的低料位点液位传感器动作，说明油位低于油料罐底部的液位传感器，油料罐缺油，自动开启油泵进行补油。当上部的高料位点液位传感器动作时，油位高于油料罐上部的液位传感器，油位达到设定的满罐状态，油泵停止工作。若底部的低料位点液位传感器和上部的高料位点液位传感器皆未动作，则证明油料罐内有油，但油料罐未满，处于中间状态。可人工进行补油操作。这种设计安全性较高，自动化程度较高，是常用的设计方案。见图2。但由于某些原因，仍会发生油料罐溢流故障。

2 油料罐溢流的原因分析

油料罐溢流的本质是油位达到设定位置，而油泵注油工作未停止。可能原因是：

（1）油料罐上部的高料位点液位传感器未动作或故障产生错误信号。液位传感器信号故障是较常发生的事情，概率较高。国内各个厂家的液位传感器质量参差不齐，即使同一厂家的不同批次产品之间质量亦有差异，对质量管理还存在一定的不足。加上露天现场工作环境较为恶劣，冷、热、震动、电磁等因素影响，个别液位传感器可能感应元件不灵敏，损坏或传感器输出模块损坏，从而产生误动作、无动作等故障，导致正确信号无法发出。本人曾遇到一次中间干燥罐发生的油料罐溢流故障。长距离输油管道的伴热管道，无温度控制，直接将输油管道中的油料加热到极高的温度，回流中间干燥罐后引起超温。而油料罐超温导致液位传感器故障。

（2）液位传感器与PLC信号采集端子之间的连线中断，导致信号未能传输到PLC。液位传感器与PLC信号采集端子之间的故障概率也较高。在实践过程中，同样由于恶劣的现场环境，电线电缆与接线端子连接松动而导致的接触不良，也比比皆是。电线电缆本身质量亦可能存在问题，导致在使用过程中电线断线无法传输信号。本人曾在现场放线和接线过程中发现，因使用了假冒伪劣电线电缆而导致电线断线，产生各种设备故障的情况屡有发生。这种设备故障，原因查找困难，电线电缆更换也是困难重重，需要将坏电线电缆从桥架槽盒和保护管中抽出并替换。因此强烈建议使用正规电缆厂家生产的正规电缆。

（3）PLC模块发生故障。PLC是面向工业现场，耐寒耐热抗电磁辐射的电气设备，可靠性非常高。PLC模块较少出现故障，且模块具有自检功能，即使损坏也多造成PLC停止运性。本人从事橡胶工业设备维保多年，接触过多种品牌的多种型号的PLC。在实际维保过程中，只发生过一次三菱PLC某个IO点烧毁引起的设备故障。 因此由PLC模块故障引起油罐溢流的概率非常小。

（4） PLC程序本身存在问题。程序在一般情况下能够正常运行，但在某些特殊情况下可能会产生程序故障，导致不能及时切断油泵电机运行。油料系统的程序分为上位机程序和PLC程序。上位机程序由软件工程师编写，具有数据采集、显示、存储功能，也存在对现场设备的控制功能。PLC程序由电气自动化工程师编写，直接采集现场高（低）料位点的液位传感器信号，控制油泵电机的启停。PLC程序经现场调试，验证检验合格后投入正常使用。因程序控制逻辑简单明了，故障概率较小。由于近些年自动化、智能化要求的提高，油料系统整合加入了由上位机程序控制的功能。上位机对现场设备的控制，通过与PLC通信，由PLC直接控制。上位机亦可以直接控制某些具有通讯功能的自动化仪表和智能仪表，但在油料系统中基本不可见，故不予考虑。有些不成熟的上位机程序与PLC程序之间，存在通讯数据存储地址不完全对应的现象，可能会产生故障。若正确的控制信号写入错误的通讯数据存储地址，会引起PLC发出错误指令，引发现场设备误动作。上位机本身的各种软件之间亦可能存在冲突，软件相互配合使用存在问题。软件工程师与电气自动化工程师也可能存在配合交流方面的问题。但此现象多发生于设备调试过程中，能够发现油料系统正常运行存在的问题并及时解决。油罐溢流情况属于极端、非正常现象。在调试过程中可能无法发现，从而留下隐患。这种情况在实践运营过程中，发生概率很小。因为上位机多用于维数据采集、存储数据、配方下传、报表查询，一般并不参与油料罐油位的直接控制。

（5）油泵电机交流接触器的触头金属片融化黏连，导致交流接触器无法分断，使得油泵电机一直处于工作状态。多数控制系统由PLC控制中间继电器，中间继电器控制交流接触器。若中间继电器触头金属片黏连也会产生同样的问题。交流接触器触头金属片或中间继电器触头金属片黏连现象有时也会发生，概率低于液位传感器信号故障。产生的原因多为使用的交流接触器或中间继电器，为假冒伪劣产品，质量不符合要求。正规设备生产厂家，亦有可能被假冒伪劣产品所欺骗。其次交流接触器或中间继电器的额定工作电流电压等参数的选择不当，也是造成交流接触器或中间继电器触头金属片黏连的原因。选型工作电流过小、电压低，导致实际电流超过额定工作电流，使得交流接触器或中间继电器触头金属片，在工作过程中产生电火花。在极端情况下，触头金属片因电火花产生高温而融化结合在一起，无法分断电流。交流接触器或中间继电器的老化亦可能是其中原因。由于输油泵功能单一，油泵电机一般不由变频器控制，故变频器故障引起油料罐溢流的概率非常低。

（6）溢流口的位置低于油罐上部的液位传感器。油罐溢流口位置设置低于油罐高料位点液位传感器，油位始终不能满足触发高料位点传感器动作的条件，因此无法控制油泵停止工作。此故障现场实际发生概率极小，但不排除存在的可能。

油料罐溢流故障的发生具有随机性，多种原因皆可能。在社会实践中，要根据现场的实际情况进行分析。

3 避免油料罐溢流的改进措施

油料罐溢流问题的解决方案，应从两方面入手。

（1）增加管道分流、引流。若是油料系统本身存在倒罐所用的管道，可设计添加一些管道阀门和控制程序。使油料罐油料溢出时，油料可以通过相应的管道流到其他备用罐或中间罐中。若无相应的引流管道，则需设计增加输油管道，及伴热管道，成本费用高昂。且管道走向复杂，需要避让其他现有管道，会使油料系统管道显得杂乱无章，后期管理成本增加。通过为油料系统增加冗余管道和罐体来解决油料罐溢流，成本高，并不是第一选择和最优选择。

（2）增加电气控制的可靠性。增加电气控制的可靠性，是相比较好的改进方式。

a.选择品牌可靠质量优质的液位传感器、电线电缆交流接触器、中间继电器。减少因产品本身质量问题而产生的故障。

b.采用具有震动缓冲功能的元器件或采取减振措施，减少因震动而造成元器件损坏。选用工作温度上下限满足要求的元器件或采取防寒隔热措施，减少气温恶劣造成的元器件损坏。选择具有电磁屏蔽功能的元器件或做好接地措施，减少电磁辐射的干扰。

c.定时检修，维护保养，紧固更换电气元器件的电线电缆接头。可以减少因震动等原因引起的电线电缆接头松动等故障。定时检修，维护保养可减少设备95%以上的故障，对所有的橡胶机械设备也都通用。

d.采用玻璃管液位计或磁翻板液位计装置进行油位观察，可通过增加温度可控的伴热带，维持油料温度处于相对较高的温度，增强油料流动性。使玻璃管液位计或磁翻板液位计能及时准确反映油位位置。

e.改变高料位点液位计的接线方式，低于高料位点液位传感器位置时产生接通信号，高于高料位点液位传感器位置时接通信号断开。这种接线方式，当发生接线端子松动而造成接触不良故障，或液位传感器与PLC信号采集端子之间断线故障，无法产生接通信号，油泵电机工作条件不满足，停止运转。可避免接触不良或断线故障引起的油料罐溢流事故。

f.增加一些额外的电气控制。当交流接触器或中间继电器，因触头金属片黏连而无法断开时，可从交流接触器或中间继电器的辅助触点，采集信号并返回PLC。若PLC发出关闭油泵电机控制回路动作，而辅助触点的信号无变化，可判断为发生交流接触器或中间继电器触头金属片黏连故障，则关闭油泵电机的上级电源。

g.在溢流口处，或其他高于油罐高料位点液位传感器而低于溢流口的位置，增加溢流检测装置。溢流检测装置使用的传感器，可采取电磁式或机械式，此两者各有利弊。若采用机械的浮球液位传感器，装置简单可靠，耐高低温，成本低。但个别极端情况下，浮球可能会被物理卡死。若采用电磁式的液位传感器，动作灵敏可靠。但电磁元件本身较易损坏，对极端高温、低温、强电磁辐射抗性差，且成本相比较高。当检测到油料溢流装置的动作信号，PLC断开控制油泵电机工作的输出信号。通常高料位、低料位和溢流位的检测传感器多采购为同一厂家的同一批次产品，而工作现场遭受的恶劣环境影响也相同。故可能存在极大概率，高料位处与溢流位处的传感器同时发生故障，因此最好采用不同品牌传感器。不同品牌的两个油位传感器同时发生故障的概率将会是一个极小的值。也可混用机械式传感器和电磁式传感器，同样增加了设备的防溢流的可靠性。见图3。

h.添加连续液位传感器来辅助控制油料罐油位。连续液位传感器可以检测罐内油位的实际位置，它能显示油料位置的连续变化，增强了油料系统设备的功能。连续液位传感器与高低料位点液位传感器配合使用。当油料位置高于油罐顶部的高料位点液位传感器，PLC停止油泵电机工作。若发生故障，仍有油料注入油罐，连续液位传感器可检测到油料液位异常。当达到PLC设定油料位置高度，PLC停止油泵电机工作。

i. PLC程序中设置每次油泵电机运行的时间，对油罐的注油量予以控制。通过手动分多次进行注油，同时观察是否有油罐溢流情况发生。但是此种方法并不自动化，也不精确，只作为手动工作模式的保护控制。

电磁式液位传感器，成本高，且有明确的工作温度范围。现场油罐超温屡有发生，电磁式液位传感器超过工作温度上限，极易损坏。应采用工作温度上限高于极端温度的液位传感器，或对油罐温度增加额外温度控制。对输油管道的伴热管温度进行控制，可采用根据油罐温度进行控制，并不要求精确的温度控制。

4 结语

油料系统设备在长期工作中，总会出现各种问题。作为电气（机械）工程师，我们不断的摸索改进，提高设备质量，避免下次出现同样的问题。而设备的设计人员，应考虑各种极端的工作环境，预判各种问题出现。本文关于油料罐溢流问题的分析和改进，希望带给工程师们一点启发。