儲(chǔ)罐液位是石油倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)區(qū)的主要控制參數(shù)之一，根據(jù)ＧＢ５００７４—２０１４《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》和ＧＢ５０７３７—２０１１《石油儲(chǔ)備庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范［１－２］，選擇合適、可靠的高低液位測(cè)量?jī)x表至關(guān)重要。

１石油儲(chǔ)罐常用液位開關(guān)概述

    當(dāng)前，大型石油儲(chǔ)罐中常用的液位開關(guān)主要有：音叉式、行程開關(guān)式、外貼式超聲波型、浮子式、電容式［３］等。

１.１音叉式液位開關(guān)

    音叉式液位開關(guān)的主要原理［４］：音叉由晶體激勵(lì)產(chǎn)生一定頻率的振動(dòng)，當(dāng)音叉叉板被液體物質(zhì)浸沒(méi)時(shí)，振動(dòng)頻率會(huì)發(fā)生變化，該頻率的變化通過(guò)電子線路檢測(cè)出來(lái)并輸出１個(gè)開關(guān)量信號(hào)。音叉式液位開關(guān)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、測(cè)量介質(zhì)廣泛，結(jié)垢、攪動(dòng)、湍流、氣泡、振動(dòng)、中等黏度、高溫、高壓等惡劣條件對(duì)檢測(cè)均無(wú)影響，被測(cè)物料不同的密度對(duì)測(cè)量也不會(huì)產(chǎn)生影響。因?yàn)橐舨媸揭何婚_關(guān)無(wú)活動(dòng)部件，所以一經(jīng)安裝，不需要維護(hù)調(diào)整。音叉式液位開關(guān)有頂裝、側(cè)裝兩種安裝類型，可以廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)罐的高高液位報(bào)警聯(lián)鎖及低低液位報(bào)警聯(lián)鎖。

１.１.１短型側(cè)裝音叉式液位開關(guān)

    短型側(cè)裝音叉式液位開關(guān)叉體長(zhǎng)度較短，一般叉長(zhǎng)在１０ｃｍ以內(nèi)，采用側(cè)面插入的方式安裝在儲(chǔ)罐罐壁上。但是對(duì)于浮頂罐來(lái)說(shuō)，由于浮盤會(huì)隨液位的變化而升降，因而須注意音叉開關(guān)不能直接插入浮頂罐內(nèi)部，必須在儲(chǔ)罐側(cè)壁加裝短管，將音叉開關(guān)安裝在短管內(nèi)，短管不應(yīng)太長(zhǎng)，一般為１０～１５ｃｍ，否則原油或者燃料油隨著溫度降低將逐漸沉積在短管內(nèi)，這將影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。短管也可采用喇叭口管，喇叭口管的傾斜角會(huì)減少油品在短管中的沉積。

    短型側(cè)裝音叉式液位開關(guān)可用于高位和低位的液位報(bào)警。由于叉體較短，可以減少高黏度介質(zhì)的粘附，具有較快的響應(yīng)時(shí)間，但是安裝完成后，在儲(chǔ)罐運(yùn)行期間，安裝位置無(wú)法調(diào)整，也無(wú)法進(jìn)行維修和定期測(cè)試，特別是在應(yīng)用于低低液位測(cè)量時(shí)，只有在空罐檢修時(shí)才能進(jìn)行檢修和測(cè)試。如遇黏度較高的原油物料，油品容易在叉體上附著，造成響應(yīng)滯后甚至無(wú)反應(yīng)。

１.１.２長(zhǎng)型頂裝音叉式液位開關(guān)

    長(zhǎng)型頂裝音叉式液位開關(guān)安裝在浮頂罐導(dǎo)向管頂部或拱頂罐罐頂，豎直向下插入罐內(nèi)測(cè)量液位，測(cè)音叉叉長(zhǎng)可達(dá)３～４ｍ。該型音叉式液位開關(guān)可用于儲(chǔ)罐高位的液位報(bào)警，無(wú)法用于低位液位報(bào)警。其優(yōu)點(diǎn)是叉體垂直，可保證物料能較容易地從叉板之間流出，減少了高黏度物料在叉板的停留時(shí)間，可以有效地減少誤動(dòng)作發(fā)生的概率，同時(shí)也解決了浮頂罐浮盤的干擾。但是，該型音叉式液位開關(guān)一般需要根據(jù)儲(chǔ)罐的實(shí)際情況由廠家訂做，費(fèi)用相對(duì)較高，而且在設(shè)計(jì)時(shí)叉體長(zhǎng)度計(jì)算必須確保準(zhǔn)確無(wú)誤，以免出現(xiàn)聯(lián)鎖液位的偏差。另外，針對(duì)大型浮頂罐，一般只有２條導(dǎo)向管，１條常用于安裝雷達(dá)液位計(jì)和量油孔，另１條導(dǎo)向管則多用于安裝多點(diǎn)平均溫度計(jì)，因此如采用該型音叉式液位開關(guān)，一般與多點(diǎn)平均溫度計(jì)安裝在同１條導(dǎo)向管內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)中，儲(chǔ)罐進(jìn)油時(shí)，常會(huì)造成多點(diǎn)平均溫度計(jì)在導(dǎo)向管內(nèi)擺動(dòng)的情況，由此可能會(huì)碰到音叉式液位開關(guān)叉體，引起誤動(dòng)作。因此應(yīng)保證安裝的導(dǎo)向管口徑較小為２５ｃｍ［５］，確保音叉式液位開關(guān)與多點(diǎn)平均溫度計(jì)保持一定的水平距離，以免觸發(fā)誤報(bào)警。該型音叉式液位開關(guān)一經(jīng)安裝也很難調(diào)整位置和測(cè)試，但在控制風(fēng)險(xiǎn)的情況下可檢修和維護(hù)。

１.２行程開關(guān)式液位開關(guān)

    行程開關(guān)式液位開關(guān)為兩線制，無(wú)需電源，適用于外浮頂儲(chǔ)罐的高高液位測(cè)量。行程開關(guān)式液位開關(guān)原理十分簡(jiǎn)單，如圖１所示，在外浮頂罐導(dǎo)向管外側(cè)上部安裝１個(gè)行程開關(guān)，下方安放１個(gè)銅制圓棒，浮頂上浮到高高液位時(shí)，浮盤將圓棒向上頂起，觸發(fā)行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，無(wú)源干接點(diǎn)信號(hào)直接引入ＰＬＣ［６］或ＤＣＳ的ＤＩ模塊，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的報(bào)警和聯(lián)鎖功能。

行程開關(guān)式液位開關(guān)的特性有如下幾方面：

    １）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相比較音叉式液位開關(guān)和超聲波外貼式液位開關(guān)，測(cè)量的可靠性更高，而且成本相對(duì)低，主要部件是１個(gè)防爆行程開關(guān)。

    ２）日常維護(hù)比較簡(jiǎn)便，只需定期對(duì)圓棒和行程開關(guān)活動(dòng)部件進(jìn)行擦試和潤(rùn)滑，確保圓棒能順利觸動(dòng)行程開關(guān)即可，如遇行程開關(guān)故障，也可及時(shí)更換檢修。

    ３）利于測(cè)試和檢查，可定期人為觸發(fā)行程開關(guān)，檢查控制系統(tǒng)是否報(bào)警和聯(lián)鎖，由此可判斷開關(guān)功能是否正常。

    ４）該液位開關(guān)只能用于外浮頂儲(chǔ)罐的高高液位報(bào)警，無(wú)法用于其他類型儲(chǔ)罐的高高液位報(bào)警，也不能用于各類儲(chǔ)罐的低低液位報(bào)警。

    ５）行程開關(guān)活動(dòng)部件比較容易銹蝕，需要通過(guò)定期檢查、潤(rùn)滑、緊固和測(cè)試，以保證行程開關(guān)液位測(cè)量的準(zhǔn)確、可靠。

１.３外貼式超聲波液位開關(guān)

    外貼式超聲波液位開關(guān)是一種安裝在密封儲(chǔ)罐外壁，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油介質(zhì)定點(diǎn)液位測(cè)量和報(bào)警的裝置。外貼式超聲波液位開關(guān)安裝示意如圖２所示，探頭傳感器產(chǎn)生的高頻超聲波脈沖穿透儲(chǔ)罐罐壁，該脈沖會(huì)在罐壁和液體介質(zhì)中傳播、反射。通過(guò)對(duì)該反射特性的檢測(cè)和計(jì)算，利用有液體和無(wú)液體時(shí)信號(hào)衰減特性的不同，即可判斷出監(jiān)測(cè)點(diǎn)處儲(chǔ)罐內(nèi)是否有介質(zhì)。外貼式超聲波液位開關(guān)一般由發(fā)射探頭、接收探頭、變送器和連接器等組成，探頭緊貼在儲(chǔ)罐外壁，發(fā)射探頭把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，接收探頭吸收音頻信號(hào)后再將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)變送器傳送到連接器進(jìn)行處理，連接器的繼電器觸點(diǎn)輸出信號(hào)接入控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的測(cè)量或控制。

外貼式超聲波液位開關(guān)的有如下幾方面特性：

    １）可用于各類儲(chǔ)罐的高位和低位的液位報(bào)警。由于與儲(chǔ)罐內(nèi)的液體介質(zhì)不接觸，安裝較為方便［７］。針對(duì)未安裝液位測(cè)量?jī)x表但已投運(yùn)的石油儲(chǔ)罐，安裝接觸式液位開關(guān)需要開孔或動(dòng)火作業(yè)［８］，該情況下需要清罐處理或等到儲(chǔ)罐大修時(shí)才能安裝。如果選用外貼式超聲波液位開關(guān)，就可避免清罐、動(dòng)火的難題，在不影響生產(chǎn)作業(yè)的情況下完成安裝。

    ２）超聲波對(duì)液體和固體的穿透能力很強(qiáng)，當(dāng)介質(zhì)或分界面可能產(chǎn)生顯著的反射波形成反射回波，如浮頂罐浮盤的一二次密封或支柱被超聲波探測(cè)到時(shí)就有可能產(chǎn)生誤報(bào)警聯(lián)鎖。

    ３）儲(chǔ)罐運(yùn)行過(guò)程中伴熱管線、攪拌機(jī)所引起的罐壁振動(dòng)，也會(huì)影響測(cè)量的精度。

１.４浮子式液位開關(guān)

    浮子式液位開關(guān)的工作原理：浮子在油品浮力的作用下［９］接近桿體，浮子中的磁鋼也接近桿體內(nèi)的干簧管，干簧管的觸點(diǎn)在磁力的作用下閉合接通；當(dāng)浮子遠(yuǎn)離桿體時(shí)，干簧管觸點(diǎn)因失去磁力的作用而分離斷開；當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定的高低位時(shí)，該種液位開關(guān)的電觸點(diǎn)就斷開或閉合，將輸出開關(guān)信號(hào)接入控制系統(tǒng)中，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警和聯(lián)鎖。

浮子式液位開關(guān)有以下幾方面特性：

    １）浮子式液位開關(guān)在儲(chǔ)罐上多采用側(cè)裝式。

    ２）當(dāng)浮子式液位開關(guān)用于原油儲(chǔ)罐時(shí)，由于原油黏度較高，與浮子、杠桿等接觸后會(huì)造成傳動(dòng)部件粘黏失效。

    ３）在用于外浮頂罐高液位報(bào)警時(shí)，由于浮子式液位開關(guān)長(zhǎng)期處于自然環(huán)境中，尤其在沿海濕熱及鹽霧氣候條件下，極易造成傳動(dòng)部件銹蝕失效，發(fā)生卡阻的現(xiàn)象；但由于采用側(cè)裝方式，特別是低液位測(cè)量時(shí)，測(cè)試、檢修都不能輕易開展，因而容易出現(xiàn)無(wú)法正確報(bào)警、也不能盡快修復(fù)的情況。

１.５電容式液位開關(guān)

    電容式液位開關(guān)采用測(cè)量電容［１０］的變化來(lái)測(cè)量液位信號(hào)，它由控制器和發(fā)生器兩部分組成，探頭下部由２個(gè)電極構(gòu)成１個(gè)電容，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)進(jìn)入兩電極之間時(shí)電容會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)輸出開關(guān)信號(hào)送至控制器實(shí)現(xiàn)報(bào)警和聯(lián)鎖。電容式液位開關(guān)與音叉式液位開關(guān)的安裝方式和測(cè)量液位方式相同，但是對(duì)原油等黏度較大的介質(zhì)容易出現(xiàn)掛料現(xiàn)象，測(cè)量準(zhǔn)確性不高。

２大型石油倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)液位開關(guān)應(yīng)用分析

    大型石油倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)以外浮頂罐、內(nèi)浮頂罐和拱頂罐為主，常用的液位開關(guān)以音叉式、行程開關(guān)式、外貼式超聲波為主。音叉式、行程開關(guān)式、外貼式超聲波液位開關(guān)的應(yīng)用對(duì)比情況見表１所列。

３結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于大型石油倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)［１１］液位開關(guān)的選型與應(yīng)用有以下建議：

    １）音叉式液位開關(guān)，特別是短型側(cè)裝音叉式液位開關(guān)，由于具有較快的響應(yīng)速度、較穩(wěn)定的測(cè)量原理，依然廣泛應(yīng)用于大型石油倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)儲(chǔ)罐液位的測(cè)量。在新建儲(chǔ)罐或是大修改造中，建議還是首先選用短型側(cè)裝音叉式液位開關(guān)，但是應(yīng)盡量選擇加裝喇叭口短管，以減少高黏度介質(zhì)在叉板上的留存。

    ２）對(duì)于正在運(yùn)行中的儲(chǔ)罐，如果無(wú)法清罐或動(dòng)火開孔，且必須在一定時(shí)間內(nèi)完成液位開關(guān)的安裝改造，可以優(yōu)先選用外貼式超聲波液位開關(guān)，同時(shí)外浮頂罐的高高液位測(cè)量可以選擇行程開關(guān)式液位開關(guān)，這兩種液位開關(guān)的安裝比較簡(jiǎn)單，不涉及動(dòng)火作業(yè)等危險(xiǎn)作業(yè)，特別適合在用儲(chǔ)罐液位測(cè)量的改造。

    ３）在應(yīng)用中，行程開關(guān)式液位開關(guān)需要注意日常維護(hù)檢查；而外貼式超聲波液位開關(guān)目前市場(chǎng)上生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，價(jià)格差異也較大，部分品牌產(chǎn)品誤報(bào)率高、使用壽命短。因此在使用前，需要注意產(chǎn)品調(diào)研，較好采用試用等方式，以測(cè)試設(shè)備的可靠性。

 

 

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