罐區(qū)自動(dòng)化設(shè)計(jì)及儀表選型說明

國內(nèi)外儲(chǔ)油罐常用的液位測(cè)量儀表有；浮體式液位計(jì)、差壓式液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、伺服式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、雷達(dá)物位計(jì)等等。根據(jù)不同的測(cè)量原理和方法，每種測(cè)量儀表都有其自身的優(yōu)點(diǎn)及適合應(yīng)用工況。

罐區(qū)液位儀表的發(fā)展趨勢(shì)是高精度、多功能、高度自動(dòng)化的方向發(fā)展，并且一些罐區(qū)包含給生產(chǎn)裝置供料的任務(wù)，因此必須要有較高測(cè)量精度及自動(dòng)化程度。

1 罐區(qū)計(jì)量儀表

此類儀表主要用于入罐及出罐產(chǎn)品計(jì)量。常用的流量儀表有質(zhì)量流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)等。由于計(jì)量儀表與成本核算及經(jīng)濟(jì)效益有直接關(guān)系，故必須保證測(cè)量精度，同時(shí)考慮穩(wěn)定性及性能價(jià)格比。質(zhì)量流量計(jì)的精度及性能指標(biāo)相對(duì)好一些，雖然一次性投資比較大，但其可以測(cè)量介質(zhì)的密度、溫度和壓力等參數(shù)；其他如容積式或速度式流量儀表，在實(shí)際應(yīng)用中可按照實(shí)際需要加以選擇，像黏度較大、腐蝕性或毒性較大的場(chǎng)合慎用渦輪流量計(jì)。

2 罐區(qū)液位儀表

對(duì)于常壓罐可以采用單法蘭液位變送器；對(duì)于帶壓罐則可以采用雙法蘭液位變送器來進(jìn)行液位測(cè)量，這是最簡便實(shí)用而且經(jīng)濟(jì)的測(cè)量方法，但此種方法需要計(jì)算液位計(jì)遷移量，比較麻煩。對(duì)于球罐及大型儲(chǔ)罐則不太適用，尤其不適用一些高溫介質(zhì)及攪拌介質(zhì)、高黏度介質(zhì)、有毒或腐蝕性介質(zhì)的液位(物位)測(cè)量。

2.1外測(cè)液位計(jì)

外測(cè)液位計(jì)是近年來國內(nèi)自主開發(fā)的一種新型測(cè)量液位的儀表。由西安定華電子有限公司發(fā)明及生產(chǎn)的ELL系列。外測(cè)液位計(jì)的測(cè)量探頭直接吸附在容器外壁，檢測(cè)到的微小機(jī)械振動(dòng)波形的特性由液位振動(dòng)特性和容器振動(dòng)特性決定。根據(jù)計(jì)算關(guān)系，把測(cè)量探頭敏感器件檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)后傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)對(duì)收集到的各種不同模式的振動(dòng)進(jìn)行濾波、判斷，經(jīng)復(fù)雜計(jì)算得到液位測(cè)量值。為保證得到更高的液位測(cè)量精度，還可對(duì)液位的測(cè)量進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

2.2雷達(dá)物位計(jì)

（1）雷達(dá)物位計(jì)原理

發(fā)射一反射—接收是雷達(dá)物位計(jì)的基本工作原理。雷達(dá)傳感器的天線以波束的形式發(fā)射電磁波信號(hào)，發(fā)射波在被測(cè)物料表面產(chǎn)生反射，反射回來的回波信號(hào)仍由天線接收。發(fā)射及反射波束中的每一點(diǎn)都采用超聲采樣的方法進(jìn)行采集。信號(hào)經(jīng)智能處理器處理后得出介質(zhì)與探頭之間的距離，送終端顯示器進(jìn)行顯示、報(bào)警、操作等。雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射能量很低的極短的微波脈沖通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收。雷達(dá)波以光速運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)。一種特殊的時(shí)間延伸方法可以確保極短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定和精確的測(cè)量。即使工況比較復(fù)雜的情況下，存在虛假回波，用最新的微處理技術(shù)和調(diào)試軟件也可以準(zhǔn)確的分析出物位的回波。現(xiàn)有雷達(dá)物位計(jì)有兩種測(cè)量方法，一種是調(diào)頻連續(xù)波式，一種是脈沖式。調(diào)頻連續(xù)波是在頻域中進(jìn)行信號(hào)分析，脈沖式是在時(shí)域中進(jìn)行信號(hào)分析。調(diào)頻連續(xù)波式精度高，脈沖式精度低。近幾年石化行業(yè)中雷達(dá)物位計(jì)的廣泛應(yīng)用跟雷達(dá)測(cè)量檢測(cè)方法的快速發(fā)展是分不開得，采用了罐底跟蹤技術(shù)的雷達(dá)物位計(jì)能準(zhǔn)確的檢測(cè)到更低介電常數(shù)的介質(zhì)的液位。眾所周知，選擇雷達(dá)物位計(jì)的最重要的測(cè)量參數(shù)是介電常數(shù)。

（2）雷達(dá)物位計(jì)的特點(diǎn)

雷達(dá)物位計(jì)剛推向市場(chǎng)時(shí)，由于價(jià)格很高，所以沒有得到大家的認(rèn)可。但隨著大家對(duì)它認(rèn)識(shí)的加深，和它本身價(jià)格的下調(diào)，它已經(jīng)得到了愈來愈多客戶的青睞。用雷達(dá)儀表測(cè)量儲(chǔ)罐液位具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a、發(fā)射及接收天線均不與介質(zhì)接觸；

b、高頻電磁波信號(hào)易于長距離傳送，可測(cè)大量程；

c、測(cè)量不受液面上部空間氣相條件變化的影響；

d、計(jì)量級(jí)精度的雷達(dá)可用于計(jì)量。

雷達(dá)通過發(fā)射和接收高頻(GHZ級(jí))電磁能量，并計(jì)算電磁波達(dá)到液位表面并反射回到接收天線的時(shí)問來進(jìn)行液位的測(cè)量，它可以在缺少空氣(真空)或具有氣化介質(zhì)的條件下傳播，并且氣體的波動(dòng)變化不影響電磁波的傳播速度。目前，雷達(dá)物位儀表分三種：常規(guī)的空間傳播式交直流供電雷達(dá)物位計(jì)、新型的空間傳播式24VDC回路供電雷達(dá)物位計(jì)(二線制)和導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)。在一般工況條件下，交直流供電和二線制雷達(dá)物位計(jì)都能夠準(zhǔn)確的得到測(cè)量值。但在特殊條件下，如測(cè)量的介質(zhì)介電常數(shù)很小、液面出現(xiàn)波動(dòng)和泡沫、有障礙物等，就需要導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)。它的基本原理與雷達(dá)物位計(jì)一樣，稍有不同的是，它利用導(dǎo)波體在氣體中和在液體中的導(dǎo)電性能不同，從而產(chǎn)生一個(gè)液位發(fā)射原始脈沖，同時(shí)在探頭的頂部具有一個(gè)預(yù)先設(shè)定的阻抗，該阻抗導(dǎo)致一個(gè)可靠的基本脈沖發(fā)生，該脈沖稱為基線反射脈沖。導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)檢測(cè)到液位反射原始脈沖，并與同時(shí)產(chǎn)生的基線反射脈沖相比較，從而計(jì)算出介質(zhì)的液位高。

此外，利用高導(dǎo)電介質(zhì)與低導(dǎo)電介質(zhì)反射波強(qiáng)弱的不同，有可能測(cè)量兩種液體的界面，條件是界面下的液位介電常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于界面上的液體的介電常數(shù)?，F(xiàn)在，兩線制的雷達(dá)物位計(jì)的價(jià)格與一般的液位變送器己相差無幾。由于雷達(dá)物位計(jì)的測(cè)量技術(shù)越來越成熟，對(duì)應(yīng)于各種工況條件的產(chǎn)品系列也越來越全，現(xiàn)在，在國內(nèi)罐區(qū)液位測(cè)量方面，雷達(dá)物位計(jì)正以前所未有的使用優(yōu)點(diǎn)及性能在各種工況條件下得到越來越多的應(yīng)用。

（3）雷達(dá)物位計(jì)的應(yīng)用

雷達(dá)液位根據(jù)天線形式來分可以分為；錐體天線、拋物面天線、桿狀天線。

錐體天線適用于安裝在罐頂或安裝導(dǎo)波管上，適用大測(cè)量范圍的應(yīng)用場(chǎng)合。拋物面天線適用于液體與固料兩者的測(cè)量應(yīng)用。因它有最大的直徑，所以它有最窄的雷達(dá)波束，并可用于極長距離的測(cè)量拋物面天線也是對(duì)污染最不敏感的天線類型。它可用于具有嚴(yán)酷天線粘結(jié)液像瀝青與液態(tài)硫磺這樣的應(yīng)用工況。桿狀天線天線的尺寸小，只有聚四氟乙烯材質(zhì)暴露在儲(chǔ)罐大氣中。桿狀天線適用于具有衛(wèi)生要求或腐蝕性化工物料的測(cè)量應(yīng)用。

對(duì)于計(jì)量級(jí)高精度雷達(dá)物位計(jì)，測(cè)量原理采用調(diào)頻連續(xù)波式(FMCW ) ，除燃料油、瀝青等粘度大且易冷凝的儲(chǔ)罐采用拋物面天線外其它儲(chǔ)罐采用錐體天線。在內(nèi)浮頂罐設(shè)計(jì)有導(dǎo)波管，以達(dá)到儲(chǔ)罐液位的精確測(cè)量。并在地面設(shè)就地指示表，顯示液位。

3工程簡介

液堿罐區(qū)包括4只液堿貯罐。 分別來自火車槽車和汽車槽車的液堿經(jīng)用堿泵送至液堿貯罐貯存；貯存的液堿用堿泵分別送至碼頭裝船和汽車槽車灌裝。

3.1系統(tǒng)組成

罐區(qū)的自控系統(tǒng)不同于常規(guī)生產(chǎn)裝置，一是罐區(qū)工藝流程是間斷性的，二是系統(tǒng)沒有控制和調(diào)節(jié)機(jī)制，三是系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是太高， 由于自控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是連續(xù)性運(yùn)行的，因而可靠性是整個(gè)自控系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。 根據(jù)港口方現(xiàn)有的自控系統(tǒng)模式及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)架，液堿罐區(qū)采用PLC現(xiàn)場(chǎng)I / O站的形式，通過專用通訊電纜從I / O 站引入中控室內(nèi)相應(yīng)的操作站內(nèi)。

每只貯罐上均有雷達(dá)物位計(jì)及溫度檢測(cè)點(diǎn)，雷達(dá)物位計(jì)信號(hào)與溫度信號(hào)均通過雷達(dá)電子頭的總線經(jīng)接線箱合并后統(tǒng)一送至I / O 站內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)通訊單元的l個(gè)輸入口，F(xiàn)CU 有2 路輸出口 l 路送PLC l 路送海關(guān)(CIO)監(jiān)管，其余常規(guī)儀表信號(hào)電纜直接送至PLC。

3.2儀表選型

球罐是帶壓容器，儲(chǔ)存的介質(zhì)易燃易爆，介質(zhì)組分也不固定，導(dǎo)致密度也常有變化，含H2S等腐蝕性氣體，而且是長周期運(yùn)行。這就要求所采用的儀表防爆、可靠性高、維護(hù)量小、耐腐蝕，最好是非接觸式儀表，球罐的液位測(cè)量儀表、液位開關(guān)、緊急切斷閥的選型比較特別，在此作詳細(xì)介紹，其他儀表按常規(guī)選型即可。

（1）液位測(cè)量儀表

液位測(cè)量儀表采用了雷達(dá)物位計(jì)和外測(cè)液位計(jì)，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，證明這兩種儀表都適用球罐的液位測(cè)量。

（2）外測(cè)液位計(jì)

光纖液位計(jì)由儀表主機(jī)、傳感器、通訊電纜、防爆接線盒等。通過測(cè)量探頭敏感器件檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)后傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)對(duì)收集到的各種不同模式的振動(dòng)進(jìn)行濾波、判斷，經(jīng)復(fù)雜計(jì)算得到液位測(cè)量值同時(shí)輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)給PLC，或通過RS-232接口與PLC相接。

（3）雷達(dá)物位計(jì)

雷達(dá)物位計(jì)測(cè)量液位的原理，是通過天線向測(cè)量液面發(fā)射高頻電磁波，電磁波碰到液面反射回來，又由天線接收，測(cè)量發(fā)射波和反射波的時(shí)間差，并經(jīng)過智能化信號(hào)處理器，將這與被測(cè)物位距離成正比關(guān)系的運(yùn)行時(shí)間，轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)4-20mA信號(hào)，送給PLC。

3.3控制室儀表

PLC 的2 個(gè)操作站放置在罐區(qū)的中控室內(nèi)，從PLC 控制站到中控操作站之間采用專用通訊電纜進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)罐區(qū)的集中監(jiān)控。

3.4安全檢測(cè)系統(tǒng)

在易燃易爆危險(xiǎn)場(chǎng)合，可燃?xì)怏w報(bào)警器及火災(zāi)報(bào)警器是必須的。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮就地手動(dòng)報(bào)警按鈕與控制室報(bào)警器盤的合理設(shè)置，以保證出現(xiàn)緊急情況能迅速反應(yīng)處理。如果條件允許，應(yīng)在一些重要位置設(shè)置工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)。

3.5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

罐區(qū)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有很多，但每種方案均有其適應(yīng)性。本著低成本、高效率、規(guī)范化的要求，對(duì)于一些大型儲(chǔ)罐區(qū)可以設(shè)置PLC系統(tǒng)，采用罐群控制系統(tǒng)；對(duì)于一些小型儲(chǔ)罐區(qū)則可以采用控制室智能儀表控制，有些儲(chǔ)罐區(qū)還與裝車棧臺(tái)、付油系統(tǒng)等組成一些功能更加強(qiáng)大的控制系統(tǒng)。

審核編輯：符乾江