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化工行業(yè)

音叉液位開關(guān)在原油儲罐液位測量中的應(yīng)用

  原油儲罐作為煉油化工重要的儲存單元在石油化工行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)化學(xué)品罐區(qū)安全管理的通知》(安監(jiān)總管三〔2014〕86號)規(guī)范要求,油罐除應(yīng)安裝液位連續(xù)測量儀表如雷達(dá)液位計(jì)、差壓變送器等外,罐壁外側(cè)還應(yīng)安裝液位開關(guān)作高低液位報(bào)警。
  以原油管道輸油站的儲罐區(qū)內(nèi)的油罐為例,每座油罐罐壁外側(cè)安裝2個液位開關(guān),分別用于檢測油罐高高和低低液位,同時參與儲油罐聯(lián)鎖保護(hù),與進(jìn)出油罐管道上的電動閥門構(gòu)成聯(lián)鎖功能。當(dāng)管道油品進(jìn)入油罐并且到達(dá)液位高高報(bào)警時,聯(lián)鎖關(guān)閉進(jìn)油罐管道上的電動閘閥。當(dāng)管道原油流出油罐并且到達(dá)液位低低報(bào)警時,聯(lián)鎖關(guān)閉出油罐管道上的電動閘閥。
  一、原油儲罐液位測量的工況要求
  易燃易爆和粘附性是原油的典型特點(diǎn),因此在液位開關(guān)的選用上,首先要滿足防爆資質(zhì),其次應(yīng)具有一定的抗粘附性能。為了避免發(fā)生液位到了報(bào)警點(diǎn)位置,液位開關(guān)無動作或誤動作從而增加原油儲罐泄漏和抽癟的風(fēng)險(xiǎn),儀表的高可靠性是對用于原油液位測量液位開關(guān)的基本要求。
  二、各種不同液位開關(guān)的優(yōu)劣對比
  液位開關(guān)種類眾多,較為常用的有浮球液位開關(guān)、電容式液位開關(guān)、外貼式液位開關(guān)以及音叉液位開關(guān),下面就這幾種常見液位開關(guān)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)對比如下:
常見液位開關(guān)對比表

儀表名稱

測量原理

優(yōu)缺點(diǎn)

防爆

價格

浮球液位開關(guān)

利用浮球液位開關(guān)的磁性浮子隨液位升或降,使傳感器檢測管內(nèi)設(shè)定位置的干簧管芯片動作,發(fā)出接點(diǎn)開(關(guān))轉(zhuǎn)換信號。

結(jié)構(gòu)簡單、使用方便,容易出現(xiàn)浮球卡頓現(xiàn)象。

滿足隔爆要求。

電容式

液位開關(guān)

電容物位測量原理基于電容器的電容變化量工作。探頭和罐壁形成電容器,電容值取決于罐體內(nèi)的介質(zhì)體積:空罐的電容值較小,滿罐的電容值較大。通過檢測這一物理量的變化儀表輸出開關(guān)信號。

防輕微掛料,耐腐蝕能力強(qiáng),校準(zhǔn)困難、精度差。

滿足隔爆、本安防爆要求。

適中

音叉液位開關(guān)

采用壓電器件實(shí)現(xiàn)叉體的振動驅(qū)動與檢測。當(dāng)叉體與被測液體接觸時,叉體的諧振頻率明顯降低,振動頻率的變化直接反應(yīng)在壓電檢測器件的輸出信號上,檢測電路對頻率的變化進(jìn)行判別并輸出一個開關(guān)信號。

不受介質(zhì)屬性影響,安裝簡單,無需標(biāo)定即可使用,無磨損和損耗,免維護(hù),具有一定的防粘附保護(hù)。

滿足隔爆、本安防爆要求。

適中

外貼

液位開關(guān)

采用“變頻超聲波技術(shù)”實(shí)現(xiàn)非接觸式液位測量,儀表探頭發(fā)射超聲波,并檢測其在容器壁中的余振信號,當(dāng)液體液位上升到探頭區(qū)域時,余振信號的幅值變小,并轉(zhuǎn)變成一個開關(guān)信號。

無需工廠停車清罐,不影響生產(chǎn),安裝要求高,參數(shù)丟失引起誤報(bào)。

滿足隔爆、本安防爆要求。

  從上面各液位開關(guān)的對比可以看出,由于原油的粘度高,使用浮球液位開關(guān)極易致浮球卡頓失效,其在自動化過程控制領(lǐng)域偏向于低值易耗品。同樣掛料問題也會在電容式液位開關(guān)上出現(xiàn)反復(fù),加上其需要根據(jù)特定的介電常數(shù)去調(diào)節(jié)儀表的靈敏度,調(diào)校困難、精度較差。相較接觸式液位開關(guān),采用非接觸的外貼式液位開關(guān)可以避免上述問題,但是在液面波動較大的情況下,回波信號易受干擾加上價格較為昂貴,未有很好的應(yīng)用效果。音叉液位開關(guān)采用整體化的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)上沒有活動部件,不會出現(xiàn)類似浮球液位開關(guān)卡頓的情況,并且不受液面波動以及介質(zhì)的介電常數(shù)影響,無需額外標(biāo)定,即裝即用。

  三、音叉液位開關(guān)的選型與應(yīng)用
  相比浮球液位開關(guān)和電容式液位開關(guān),音叉液位開關(guān)的抗粘附能力較強(qiáng)。但是不少用戶對音叉液位開關(guān)抗粘附能力到底有多強(qiáng)提出過疑問,例如新疆某石油單位在咨詢時就曾反饋,其在使用國內(nèi)某廠家的音叉液位開關(guān)測量原油儲罐液位時,就發(fā)生過掛料誤報(bào)警的情況。
  經(jīng)與用戶溝通確認(rèn),其使用的音叉開關(guān)是目前國內(nèi)大多數(shù)廠家普遍采用的固液通測的音叉開關(guān),叉體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長度一般在100mm左右,通過犧牲某些參數(shù)來達(dá)到固液兩測的效果。但由于其叉體未經(jīng)過精密調(diào)諧,完全靠壓電陶瓷驅(qū)動,一方面功耗較大、安全性低,另一方面在輕微掛料的情況下無法再次啟振,進(jìn)而輸出錯誤的報(bào)警信號。
  與國內(nèi)大多數(shù)音叉液位開關(guān)不同的是,計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)的叉體長僅40mm,經(jīng)過精密調(diào)諧的兩個叉體振動特性完全對稱,實(shí)現(xiàn)完全共振,可測介質(zhì)密度低至0.5g/cm3,能提供高于同行標(biāo)準(zhǔn)的抗粘附保護(hù)。與此同時,計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)滿足多種防爆要求(隔爆:Ex d IIC T6 Gb、本安防爆:Ex ia IIC T6 Ga),安全可靠,非常適合在石油化工行業(yè)應(yīng)用,是石油、石化領(lǐng)域液位控制的信賴之選。計(jì)為Ring-11音叉液位開關(guān)在新疆某石化單位一期技改項(xiàng)目批量應(yīng)用至今,設(shè)備運(yùn)行良好,深受用戶好評。


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