外貼式液位開關在儲罐上的應用

摘 要：儲罐液位過低易引起安全事故并導致經(jīng)濟損失，本文以蘇北成品油管線某站場儲罐液位聯(lián)鎖改造，外貼式超聲波液位計的應用為例，介紹了ZWCK-III型外貼開關的工作原理及在罐區(qū)液位測量中的應用，采用智能超聲波液位開關對儲罐液位進行安全監(jiān)控，能有效解決油罐安裝時須開孔、動火的難題，討論了超聲波作為信號源進行液位測量的可行性及優(yōu)越性，同時將液位開關的安裝位置設在儲罐安全高度以下，利于液位開關的高效利用和故障判斷。

關鍵詞：外貼式超聲波液位開關；油罐罐；低低液位聯(lián)鎖

Application of external type liquid level switch on storage tank

蘇北成品油管道緩解了金陵石化、揚子石化與蘇北地區(qū)石油公司間成品油資源流暢不斷和成本高的問題，建立先進的管輸配送系統(tǒng)，完善銷售網(wǎng)絡，滿足成品油消費市場需求，同時降低成品油流轉過程中產生的費用。提高油罐的計量精度和自動化管理水平迫在眉睫。

根據(jù)中石化銷售華東分公司站場隱患排查整治要求，需完善低低液位聯(lián)鎖功能，提高站場油庫的安全控制水平，并消除安全隱患，全面提高油庫的安全保障能力，確保油庫的安全運轉。

1 工作原理

本次液位聯(lián)鎖改造項目液位開關選型為河北珠峰ZWCK-III型智能外貼超聲液位開關，是一種利用超聲原理測量液位的報警裝置，變送器選用兩線制，智能外貼超聲波液位開關由兩個探頭，ZWC-IIIB-0/1變送器、連接器等組成。

探頭貼在儲罐外壁對應液位限制監(jiān)測點處的位置，一個探頭向儲罐內發(fā)射高頻超聲波脈沖，另一個探頭接收反射回來的脈沖，信號由變送器CPU處理，通過監(jiān)測和計算分析判斷監(jiān)測點處容器內是否存在油品。當液位越限時，產生越限報警信號，連接器收到越限報警信號后，驅動內部繼電器吸合，發(fā)出常開或常閉觸點報警信號，PLC內的CPU采集該報警信號，記錄報警發(fā)生的日期及時間，并在站控室監(jiān)控軟件上發(fā)出報警信號提醒操作人員采取相應的措施，以確保安全。

2 ZWCK-III型外貼開關特點與不足

2.1 特點

長輸管道首站、中間站下載站、末站等站場根據(jù)市場油品需求和建設規(guī)劃要求設有各類儲罐，在日常安全管理中設置儲罐高高液位、低低液位報警及對油品液位高度實時監(jiān)測，這就要求液位開關具有良好的適用性。本次儀表選型的外貼開關適用性良好，主要提下幾個方面：

（1）安裝及維護方便：無須開孔以及動火即可安裝在罐體外壁，安裝與檢修不影響油庫或站場日常生產工作的連續(xù)性，本次改造項目中在每個儲罐罐壁上打磨2個φ120MM的壁面（除防腐層），施工圖紙要求離罐底2米處（根據(jù)實際要求進行調整），用銅刷、合金刷、紗紙等工具和材料將此處表面的污垢和油漆層打磨清理干凈，2個傳感器探頭的安裝間距為2.0m，與傳統(tǒng)的液位計安裝相比，省時并提高工作效率。

（2）適用范圍廣：外貼式測量，測量數(shù)據(jù)與介質的壓力、溫度、比重、有無腐蝕性無關，主要適用于壁厚小于60mm的裝有輕質油、原油、渣油等各種燃料油、臥式罐、立式罐、浮頂罐及裝置的高、低位越限報警。可用于常溫罐、低溫罐和高溫罐。

（3）穩(wěn)定性高：外貼型液位開關的變送器采用單片機控制方式，能有效的克服同一儲罐同時安裝液位高報、高高報、低報、低低報之間產生的干擾、及其它電磁干擾產生的閃報。

2.2 不足之處

ZWCK-III型外貼式超聲波液位開關不適用于罐壁厚大于60mm的罐體。不適于有夾層、內襯及沉積物的非密實罐壁的裝置。

3 在儲罐上的應用

蘇北成品油管道某站場油庫10座儲罐由于設計年限較早，低低液位開關的安裝位置低于浮盤落底高度，最新《石油庫設計規(guī)范》（GB0074-2014）中要求“儲罐低液位報警的設定高度應滿足泵不發(fā)生汽蝕的要求，外浮頂儲罐和內浮頂儲罐的低液位報警設定高度（距罐底板）宜高于浮頂落底高度0.2m級以上”，故須調整液位開關位置。本次低低液位聯(lián)鎖改造，為了避免動火清罐，選用外貼式超聲波低低液位開關，位置設置在浮盤落底高度以上200mm，外貼式超聲波液位開關及變送器表頭，并設置低低液位聯(lián)鎖。

3.1儲罐液位安全聯(lián)鎖系統(tǒng)組成

3.1.1 系統(tǒng)的結構

（1）檢測方式。通過液位計和外貼式超聲波低低液位開關檢測低液位；

（2）控制方式。站場SCADA接受報警并發(fā)出控制指令；

（3）執(zhí)行方式。罐區(qū)和站場閥門、煉廠輸油泵接受SCADA指令并動作；

3.1.2低低液位開關設置要求

當油罐液位到達液位計低液位報警點時，核心控制單元需能持續(xù)報警提示，并應能彈出推薦的同品種備用出油罐（應未有其他生產作業(yè)）。人員在工作站操作選擇備用油罐，自動切換電動閥實現(xiàn)出油罐的切換。若未有人員操作，當液位到達低低液位開關位置時，核心控制單元持續(xù)有報警提示，持續(xù)彈出推薦的同油品備用出油罐（應未有其他作業(yè)），若一直未有人員操作，30s后（延遲的時間由工藝流程需求定）強制切換無任何作業(yè)的出油罐，聯(lián)鎖關閉當前油罐的出口電動閥。若無任何備用罐，則聯(lián)鎖關閉相關油罐出口電動閥及給油泵，防止內浮頂油罐浮盤落底及泵抽空引起運行危險，確保油罐進出油品安全。

在油罐進行作業(yè)時，若液位計無報警輸出，液位開關出現(xiàn)報警時，此時僅在系統(tǒng)內強烈報警不做聯(lián)鎖，提醒相關人員應立即核實現(xiàn)場情況，確認液位計或液位開關是否有故障并采取必要措施。

3.2儲罐液位安全聯(lián)鎖實現(xiàn)方式

以蘇北成品油管線某輸油站D-15罐為例，該儲罐存儲普通柴油，罐容20000方，發(fā)貨管線聯(lián)鎖閥為該儲罐的出罐閥，表1是本次儲罐低低液位連鎖改造的儲罐報警值設定參數(shù)，由表中數(shù)據(jù)可知，低低液位開關位于浮盤上方在安全高度以下，工藝具備試驗條件，可以檢驗報警裝置的可靠性，對保證油罐安全操作具有重要作用，相關參數(shù)如下：

假設該儲罐抽空，儲罐液位安全聯(lián)鎖邏輯設計方式：D-15罐與D-16儲罐共用普通柴油管線，液位超限檢測單元實時監(jiān)控D-15儲罐液位高度，D-15罐發(fā)生抽空情況，液位低于SCADA低液位報警值時，發(fā)出聲光報警并彈出同油品備用出油罐畫面。若未有人操作持續(xù)到達臨界低低限，檢測單元液位開關發(fā)生聲光報警，核心控制單元邏輯判斷普通柴油發(fā)油管線上華東公司所屬儲罐液位高度，判斷D-16的液位高度，D-16高于低限液位高度時，SCADA系統(tǒng)發(fā)出指令，設備執(zhí)行單元響應指令：開啟D-16聯(lián)鎖閥（出罐閥），關閉D-15聯(lián)鎖閥（出罐閥）。D-16液位高度低于低限液位高度時，核心控制單元控制D-15儲罐所對應的外輸線路長輸泵、給油泵停止工作，關閉聯(lián)鎖閥（出罐閥）。設備執(zhí)行單元響應指令動作，并在SCADA界面顯示。

3.3低低液位聯(lián)鎖投退功能

（1）總體投退功能。即在SCADA系統(tǒng)內有選項，對罐區(qū)設置該聯(lián)鎖功能的投退。

（2）油罐投用功能選擇。可以對罐區(qū)每個油罐進行鉤選，選中的參與聯(lián)鎖選擇，不選擇的不參與聯(lián)鎖，即在選擇油罐和動作時不涉及該罐。

（3）單罐投退功能。考慮到檢測設備和執(zhí)行設備的情況，可以針對每座油罐進行聯(lián)鎖投退工作。

4 結語

按公司要求和安全生產管理的需要，在原自控系統(tǒng)的基礎上，本次改造，為了避免動火清罐，新增外貼式超聲波低低液位開關，位置設置在浮盤落底高度以上200mm，將信號送入原SCADA系統(tǒng)PLC中，信號電纜利用原油罐低低音叉液位開關電纜，原液位開關作廢。原控制系統(tǒng)中需實現(xiàn)低低液位開關聯(lián)鎖油罐出口電動閥及給油泵的功能。通過改造后，設備的故障率及維護量有效降低，首發(fā)有系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性有了明顯提高。

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作者簡介

沈紅艷，女，大學本科，助理工程師，地址：江蘇省徐州市泉山區(qū)城南大道一號，郵編：221008中石化管道儲運有限公司華東管道設計研究院。

（作者單位：中石化管道儲運有限公司華東管道設計研究院）