張鴻飛

(中國石油大慶石化公司 化工二廠，黑龍江 大慶 163714)

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變頻超聲波液位開關在丁辛醇儲罐中的應用

張鴻飛

(中國石油大慶石化公司 化工二廠，黑龍江 大慶 163714)

液位開關是保證液位監(jiān)控及聯(lián)鎖動作順利實施的關鍵設備。簡要敘述了幾種常見液位開關的工作原理及優(yōu)缺點，并詳細論述了ELL-SA變頻超聲波外測液位開關的測量原理及其特點，并結合工業(yè)現(xiàn)場情況介紹了安裝方法及注意事項；通過幾種液位開關的比對，可作為用戶根據(jù)工況選用合適液位開關的參考。

液位監(jiān)控液位開關超聲波外測式

安全工作是企業(yè)生存與發(fā)展的基礎，也是國家財產(chǎn)和人民群眾生命健康安全的根本保障。石油化工行業(yè)的特點是生產(chǎn)工藝復雜、設備高溫高壓、原料和產(chǎn)品易燃易爆，因而安全工作在石化企業(yè)的各項工作中處于首要位置。石化企業(yè)中對液位、壓力、溫度和流量需進行重點監(jiān)測，液位監(jiān)控在石化企業(yè)安全生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用。

近幾年，隨著國內石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，石化企業(yè)安全生產(chǎn)面臨著許多新的形勢，特別是近年來重大事故頻發(fā)，使國家和社會各界對石油化工企業(yè)的安全生產(chǎn)提出了更高的要求。安全儀表系統(tǒng)(SIS)在石化企業(yè)中得到了越來越廣泛的運用，不僅可實現(xiàn)液位到達監(jiān)測位置報警，而且可聯(lián)鎖使相關設備動作，從而對液位開關的可靠性、穩(wěn)定性、精確性以及簡便性提出了更高的要求。

大慶石化公司丁辛醇裝置于1986年建成投產(chǎn)，裝置以丙烯、合成氣為原料，采用Davy/DOW低壓羰基合成工藝技術生產(chǎn)2-乙基己醇和正丁醇，同時副產(chǎn)異丁醇。2012年裝置進行擴能改造，羰基合成系統(tǒng)由氣相循環(huán)改為液相循環(huán)，原裝置后部系統(tǒng)變?yōu)槎〈忌a(chǎn)線，同時增加1條辛醇生產(chǎn)線。

在丁辛醇裝置的生產(chǎn)中，其最終產(chǎn)品和中間產(chǎn)品都屬于液體，很多具有易燃易爆、易揮發(fā)、有毒性、有刺激性氣味等特點，裝置設有儲罐區(qū)域。為了防止空罐和冒罐，公司投產(chǎn)以來用了幾種液位開關，主要有浮球式、光電式液位開關，由于這兩種液位開關是插入式，需在罐上開孔，造成罐區(qū)周圍長期存在異味，由于各自的局限性，有時開關誤報，導致聯(lián)鎖誤動作。之后又選用了西安定華的ELL變頻超聲波液位開關。

1　幾種液位開關的工作原理

1.1浮球式液位開關的工作原理

利用浮球液位開關的磁性浮子隨液位升或降，使傳感器檢測管內設定位置的干簧管芯片動作，發(fā)出接點開(關)轉換信號。

在密閉的非導磁性管內安裝有1個或多個干簧管，然后將此管穿過1個或多個中空且內部有環(huán)形磁鐵的浮球，液體的上升或下降將帶動浮球一起上下移動，使該非導磁性管內的干簧管產(chǎn)生吸合或斷開的動作，從而輸出開關信號。

1.2光電式液位開關的工作原理

光電液位開關使用紅外線探測，利用光線的折射及反射原理，光線在兩種不同介質的分界面將產(chǎn)生反射或折射現(xiàn)象。當被測液體處于高位時，則被測液體與紅外線形成一種分界面，當被測液體處于低位時，則空氣與紅外線形成另一種分界面，這兩種分界面使光電開關內部光接收晶體所接收的的反射光強度不同，即對應兩種不同的開關狀態(tài)。

1.3ELL-SA變頻超聲波液位開關的工作原理

EL-SAL變頻超聲波液位開關采用專利技術： 自適應“變頻變幅超聲波技術”， 是指儀表可根據(jù)接收到信號波頻、波強或波長的不同，自動調節(jié)發(fā)射信號的波頻、波強或波長，其工作原理如圖1所示。

圖1　變頻超聲波液位開關的工作原理

1) 1個監(jiān)測點用吸附于外罐壁的2個探頭來實現(xiàn)監(jiān)測，1個是發(fā)射探頭，1個是接收探頭。

2) 發(fā)射探頭可變頻、變幅發(fā)射超聲波，接收探頭接收沿著罐壁傳播過來的余振信號。

3) 當被監(jiān)測點有液體時，發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波信號在液體中透射率高，傳播損失大，探頭接收到的余振信號經(jīng)過了大幅衰減，幅值會變小。

4) 當被監(jiān)測點無液體時，發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波信號在空氣中的透射率低，傳播損失小，探頭接收到的余振信號衰減很小，幅值會變大。

5) 接收探頭把接收到的信號傳給主機，主機會自動根據(jù)信號幅值的大小等特征判斷被監(jiān)測點有液或無液。

6) 根據(jù)有液或無液輸出1個開關量，用于聯(lián)鎖相關設備或進行聲光報警。

2　幾種液位開關的優(yōu)缺點比較

2.1浮球式液位開關

1) 優(yōu)點：

a) 浮球開關不含容易導致故障發(fā)生的波紋管、彈簧、密封等部件，而是采用直浮子驅動開關內部磁鐵。

b) 浮球液位開關是一種結構簡單、使用方便、安全可靠的液位控制器。它比一般機械開關速度快、工作壽命長；與電子開關相比，它又具有抗負載沖擊能力強的特點，1只產(chǎn)品可以實現(xiàn)多點控制。

c) 應用廣泛。

2) 缺點：

a) 浮球開關是簡單的被動器件，并且不具有自檢查功能，需要對其進行定期檢查與維護。

b) 浮球或浮筒物位計是活動部件，因而用在更濃或黏稠液體中時會被弄臟。測量精度較差，黏度小于0.8mPa·s時不能工作。對容器內壓力、密度、介電常數(shù)有要求，安裝需停產(chǎn)、清罐、開孔、動火。

c) 安裝位置比較高，維修檢查時必須搭設腳手架，人員需高空作業(yè)。

d) 浮球式液位開關配套的閥門、法蘭等處屬于密封點，一旦有泄漏，難以維修，如果切斷閥關不嚴，液位開關無法切出。

e) 開關內部與罐體連通，充滿介質，冬季外部需要保溫伴熱，儀表維護量較大。另外，伴熱管路復雜，與現(xiàn)場儲罐整體性不協(xié)調。

2.2光電式液位開關

1) 優(yōu)點：

a) 沒有機械運動部件，可靠性高。

b) 體積小，性價比高。

c) 液位控制精度高，可重復性好。

2) 缺點： 不適用于冷凍液體和結晶液體。

2.3ELL-SA變頻超聲波液位開關

1) 優(yōu)點：

a) 技術領先。產(chǎn)品采用了“微振動分析”信號處理技術，保證了可靠性和精確度。

b) 安全。在測量有毒害、有腐蝕、有壓力、易燃爆、易揮發(fā)、易泄漏的液體時，不使用閥門、連通管、接頭，沒有漏點，不接觸罐內的液體和氣體，非常安全。即使在儀表損壞或維修狀態(tài)下，也絕無引起泄漏、毒害、爆炸的可能。

c) 安裝、維修方便。安裝維修時不動火、不清罐、不影響生產(chǎn)。

d) 可靠耐用。傳感器和儀表中無機械運動部件，并嚴格密封，與外界隔離，不會磨損或腐蝕。

e) 適用廣泛。與被測介質的壓力、溫度、密度、介電常數(shù)、黏度及有無腐蝕性無關?？蓮V泛用于石化、化工、油庫、石油、電力、液體儲運、醫(yī)藥等行業(yè)。

2) 缺點： 罐體材質要求為硬質材料。對安裝要求較高，測量探頭安裝間距為1m左右，2個探頭中間不能有焊縫(即在同一塊鋼板上)。

3　ELL-SA變頻超聲波的安裝要求

ELL-SA外測液位開關由儀表主機(變送器)和探頭組成，立罐單點儀表安裝要求如下：

3.1儀表主機的安裝要求

1) 在儲罐報警點附近選擇位置，低位報警點在靠近報警點位置安裝；高位可在罐頂選擇靠近報警點位置安裝，盡量縮短探頭到變送器的距離。

2) 變送器安裝采用立管固定或安裝儀表保護箱，立管高度1.2～1.5m。變送器安裝位置盡量選擇便于操作、觀察、人員易到位置。

3) 避免陽光直射。

3.2探頭的安裝要求

ELL-SA外測液位開關能否可靠工作，在很大程度上取決于測量頭的安裝是否正確，對于碳鋼儲罐，測量頭一般采用磁力強的磁環(huán)直接吸附；對于不銹鋼儲罐，則采用膠粘貼或焊接連接底座。

1) 按報警點在壁上選擇測量頭安裝位置，2個測量頭間距1000mm，不跨焊縫，距水平焊縫距離大于100mm，距豎直焊縫距離大于300mm，盡量遠離焊縫。

2) 罐壁測量頭安裝表面打磨規(guī)范，容器壁上的安裝面應保證為不小于φ80mm的圓面，表面平面度應達到0.15mm，表面粗糙度應達到1.6。安裝面應無焊渣、漆塊，使測量頭能夠完全緊密地貼附在容器壁上。

3) 儀表高低位校準過程中探頭到主機之間線纜長度要與最終使用線纜長度一致。

4) 探頭安裝完畢后，用密封膠可靠密封。

4　應用效果測試

1) 使用ELL-SA變頻超聲波液位開關的目的： 防滲漏，消除罐區(qū)周圍存在異味，液位開關高位監(jiān)控，可靠聯(lián)鎖進液泵，防冒罐。

2) 要求實現(xiàn)的功能： 丁辛醇儲罐直徑12m，高度15.7m，罐壁厚度11mm，高報點(液位高于此位置報警)12m。超過高報點時，DCS發(fā)出聲光報警信號，同時聯(lián)鎖進料泵關閉，停止進料。

3) 實際使用效果。儲罐進料泵啟動，從低液位開始進料，變頻超聲波液位開關繼電器輸出常閉，儀表顯示LO(無液狀態(tài))，當儲罐進料到12m，儀表顯示由LO變?yōu)镠I(有液狀態(tài))，繼電器輸出由常閉變?yōu)槌ｉ_，聯(lián)鎖進料泵關閉，進料停止，DCS室內聲光報警器紅燈亮，警報響起。7臺變頻超聲波液位開關均能達到預期的使用效果，完全能夠滿足企業(yè)的要求。

5　結束語

通過對ELL-SA變頻超聲波液位開關在實際工況下的安裝測試，效果十分理想，該液位開關有隔爆型(EXd)和本安型(EXia)；防護等級達到有IP67和IP65，因而該液位開關適用于多種容器及多種液體的定點液位測量，可廣泛用于石化、化工、油庫、石油、電力、液體儲運等行業(yè)，在壓力容器、危險化學液體、易燃易爆液體等的定點液位測量及報警領域具有顯著的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景。

[1]陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動控制設計手冊[M].3版.北京： 化學工業(yè)出版社，2000.

Application of Frequency Variable Ultrasonic Liquid Level Switch in Butanol and Octanol Tank

Zhang Hongfei

(PetroChina Daqing Petrochemical Company， Daqing， 163000， China)

Level switch is key equipment for guaranteeing liquid level monitoring and interlock action implementation smoothly. The working principle， advantages and disadvantages of several common liquid level switches are briefly introduced. The measuring principle and its characteristics of ELL-SA frequency variable ultrasonic external liquid level switch are expounded in detail. The installation method and attentions are introduced with combining site situation. It can be used as reference for selecting suitable liquid level switch according to working condition through comparison of several liquid level switchs.

liquid level monitoring；liquid level switch；ultrasonic；external measuring mode

2016-05-24。

張鴻飛(1975—)，男，現(xiàn)工作于中國石油大慶石化公司化工二廠，從事自動化儀表管理工作，任工程師。

TH816

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1007-7324(2016)04-0060-03