＊張紅梅 李博雨 王疆維

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1.石油罐區(qū)的自動化液位儀表概述

石油儲罐具有容量大、運行周期長、間歇期限長、控制對象時間跨度大等特點。石油儲罐的管理與控制必須滿足充分的石油存儲、收油、發(fā)油等運行任務，對油品庫存量進行測算與統(tǒng)計。這就導致石油罐區(qū)的自動化儀表選型與工程設(shè)計和生產(chǎn)裝置之間存在差異。

液位儀表是石油罐區(qū)內(nèi)最為重要的監(jiān)控儀表，全稱為液位連續(xù)測量儀表，其基本特點包括測量范圍廣、精度高，常用于油品介質(zhì)結(jié)構(gòu)與安裝方式復雜的儲罐中。液位儀表是一種特殊儀表，與煉油裝置內(nèi)部常用的儀表，包括測量原理、測量方式都存在差異。由于其特殊性，符合生產(chǎn)標準的生產(chǎn)線較少。因此，對其進行合理的設(shè)計、選型至關(guān)重要，關(guān)乎到它的運行質(zhì)量與安全。

圖1 液位儀表

儲罐的開關(guān)閥門是實現(xiàn)罐區(qū)自動化儲存、轉(zhuǎn)運的重要組成部分?，F(xiàn)階段，我國的石油行業(yè)針對石油化工罐區(qū)的儲運自動化進行了深入的研究與應用，將石油存儲完全納入自動化、智能化的操作領(lǐng)域。因此，各罐區(qū)的開關(guān)閥門也會依據(jù)內(nèi)部不一樣的安全規(guī)范要求、動力源條件進行不同的設(shè)計與選型。

罐區(qū)液位測量儀表的選型原則和技術(shù)規(guī)格要求，實際上是為了方便計算油罐實際容量與油品庫存的，因此，常用的計量方法是混合法，搭配上體積法與靜壓法。

2.液位儀表類型與工程設(shè)計詳析

石油儲罐的液位儀表一般常用雷達液位計、伺服液位計以及磁致伸縮液位計。并且會將液位開關(guān)與石油儲罐的報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，使得石油存儲過量后進行警報反應與處理。但長時間來，很少出現(xiàn)油罐液位超過設(shè)定報警高度的情況，因此長時間不動用儀表容易導致工作人員無法檢測到該開關(guān)裝置是否處在正常狀態(tài)，難以進行養(yǎng)護與維修。一旦出現(xiàn)開關(guān)失靈的現(xiàn)象，后果將無法預估。而液位連續(xù)測量儀表的應用，可以切實地解決該隱患。液位儀表的作用就是實時監(jiān)測油罐內(nèi)的液位高度，并持續(xù)對測量儀表的工作狀態(tài)進行監(jiān)察。因此，越來越多地石油化工罐區(qū)將液位儀表代替很少運作的開關(guān)式儀表。液位儀表的選型應與浮頂罐、固定頂罐、球罐、臥罐等不同形式的油罐的安裝方法與條件相適應。

表1 液位測量儀表的最大允許誤差（mm）

(1)雷達液位計

①雷達液位計的運作原理

雷達液位計，顧名思義是通過信號雷達的發(fā)射與發(fā)射、接收來完成一系列工作需求的。它通過雷達傳感器中設(shè)置的天線用波束信號的形式來發(fā)射電磁波信號，發(fā)射的電磁波會在被測油品的表面產(chǎn)生反射，反射產(chǎn)生的回波信號則會被天線所接收。發(fā)射以及反射回的信號波束采用超聲采樣的方式收集，并經(jīng)過計算機技術(shù)進行智能處理后得到油品與天線的具體距離數(shù)值，并送往終端進行數(shù)值顯示或過高報警。雷達液位計的工作原理決定了它可以在極短的時間內(nèi)精準的測算出具體油品液位。即便是在儲罐內(nèi)部環(huán)境復雜的情況下，可能出現(xiàn)回波失效的現(xiàn)象，也可以利用新型的微波處理技術(shù)以及智能化調(diào)試設(shè)備進行精確定位、準確回波。

現(xiàn)階段常用的雷達液位計測量的方式有兩類，一是調(diào)頻連續(xù)波式，二是脈沖式。其中，調(diào)頻連續(xù)波是在頻域內(nèi)進行信號處理，而脈沖式則是在時域內(nèi)進行信號處理。調(diào)頻連續(xù)波式的測算精準度高，脈沖式的測算精準度度較低。二者存在不同的優(yōu)勢作用與自身定位，可以通過不同的測量需求進行合理的選擇適用。最近幾年，雷達液位測量的方法多種多樣，對應的測量技術(shù)也越來越高，推動著石油化工罐區(qū)內(nèi)對雷達液位計的廣泛使用。

②雷達液位計的實際應用

雷達液位計用天線的不同形式來劃分，包括錐體天線式、拋物面天線式以及桿狀天線式雷達液位計。其中，帶有錐體天線的雷達液位計一般會被安裝在油罐的頂部或者導波管上，能夠在進行大面積測量的場合中使用。拋物面天線的雷達液位計可用于探測回波液體或固體兩種物料介質(zhì)，拋物面式天線的直徑最大，因此發(fā)射出的雷達波束信號也最窄，適用于距離較大的物料測算。但該類型具有對污染程度不敏感等缺陷。多用于測量如瀝青、液態(tài)硫磺等物料的工況之中。最后，桿狀天線式液位計的天線較小，只會將聚四氟乙烯物質(zhì)暴露在儲罐空氣之中，往往應用于對衛(wèi)生條件要求較高、或物料腐蝕性較強的測量工作之中。

上文提到，調(diào)頻連續(xù)波式測量方式的精準度最高，因此對于計量精度有要求的作業(yè)之中一般會采用FMCW。而除去燃油、瀝青等粘度大、易凝結(jié)的物料儲罐外，一般是使用除拋物面天線式，而其它類型的儲罐則采用錐體天線式。

③雷達液位計的安裝操作

在安裝雷達液位計時，必須要與儲罐外壁保持一定的距離，并且避開儲罐內(nèi)部的加熱管道或物料出入口，進而得到安裝并投入應用后的雷達液位計能夠精準地測量出實際液位數(shù)值。自帶錐體天線的雷達液位計應在外部架設(shè)保護罩，防止物料冷凝，影響測量的真實性。儲罐頂部的導波管需要確保內(nèi)里與表面平整光滑、無外凸毛刺，并鉆好對稱的孔洞，確保信號回波不受外界影響、干擾。

(2)伺服液位計

由于對伺服液位計研究深度有限，其測量方法一直較為單一，所以該液位儀表只能對某些輕質(zhì)的油品、無腐蝕性的輕質(zhì)烴類液體，進行儲罐的液位連續(xù)測量。不可用于粘稠液體的儲罐測量。伺服液位計必須隨著儀表進行帶標定腔，配合上導向管中配比輸入的縮徑腔使用。在壓力儲罐內(nèi)，需在縮徑腔與液位儀表間加裝維修切斷球閥。

(3)磁致伸縮液位計

磁致伸縮液位計一般是在無腐蝕性的輕質(zhì)油料儲罐中得以應用的。浮子測量液位會順著導線、纜線或者導桿而滑動，磁致伸縮液位計無法對該類黏稠液體進行精準測量。LPG球罐內(nèi)存儲的液體，有時會在液位表面形成高密度的氣泡，進而影響通過信號發(fā)射回波而得到液位數(shù)值的雷達液位計的測量精度與真實性。因此，針對該種儲罐一般會采用伺服液位計或者磁致伸縮液位計。磁致伸縮液位計多適用于液位、界位、多點溫度等變量較多的集成式物料，輸出的信號會被接入儲罐的信號通信單元。多變量的集成式磁致伸縮液位計配合上高精度的差壓變送器，即可實現(xiàn)液位的混合測量。

表2 溫度測量儀表的最大允許誤差（℃）

3.電纜敷設(shè)

為了給石油罐區(qū)以防火的性能以及防護的作用，液位測量儀表的控制電纜應采用埋地鋪設(shè)的方式。該方式包括使用電纜外緣保護管或直接填埋的兩種主要地下敷設(shè)方式，并且都符合我國行業(yè)標準的石油化工罐區(qū)電線設(shè)計與敷設(shè)的規(guī)范及要求。針對無法在地下敷設(shè)電纜的情況，需要在地下使用鍍鋅鋼原料的保護管，或配備有蓋板的全密封型金屬電纜槽，作為地上敷設(shè)電纜的保護裝置。眾所周知，鋼材的強度與剛性、電磁防護性都高于鋁材，但如果分布在沿?；騼?nèi)陸潮濕地區(qū)的港口石油罐區(qū)，就容易由于濕潤的空氣而銹蝕鋼材，需視情況選擇保護管原材料。非金屬的原材料不具備電磁防護的功能，所以為了降低雷擊的概率、減輕電磁的干擾，不得在石油罐區(qū)的電纜敷設(shè)中采用非金屬的保護管或電纜槽。

4.結(jié)束語

一般來說，石油化工罐區(qū)常用的液位測量儀表多為雷達液位計、伺服液位計雙液位計的形式，可滿足多大部分化工物料儲罐測量的需求，具有精準度高、真實可靠、自動化智能化水平高的優(yōu)勢的作用，為我國石油化工罐區(qū)的安全生產(chǎn)運作提供了可靠保障。