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案例丨ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)在球罐區(qū)SIS系統(tǒng)中的應(yīng)用

閱讀：1539 發(fā)布時(shí)間：2022-5-7
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摘要 根據(jù)液態(tài)烴的物理特性和外測(cè)式超聲波液位開關(guān)的工作原理、輸出形式,分析了ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)在實(shí)際使用中的特點(diǎn)。針對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品液化烴儲(chǔ)罐，根據(jù)SIL等級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)具體工況，分析確定液態(tài)烴儲(chǔ)罐SIS系統(tǒng)的控制參數(shù)，設(shè)計(jì)了ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)加入的安全儀表系統(tǒng)，采用了三取二聯(lián)鎖控制方案。ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)在生產(chǎn)運(yùn)行中可靠性滿足要求、維護(hù)簡(jiǎn)單方便，為液化烴罐區(qū)的安全生產(chǎn)提供了保障。

關(guān)鍵詞 ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān) 液化烴開關(guān)故障遠(yuǎn)傳安全儀表系統(tǒng)

液化烴類物質(zhì)屬于甲類和甲A類火災(zāi)危險(xiǎn)性介質(zhì)，具有明顯的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性。依據(jù)《中國(guó)石油天然氣股份有限公司輕質(zhì)油品儲(chǔ)罐技術(shù)導(dǎo)則》要求：儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置液位檢測(cè)、溫度檢測(cè)、高高液位、高液位、低液位和低低液位報(bào)警設(shè)施?！段ｋU(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（國(guó)家安監(jiān)總局令第40 號(hào)）第13 條規(guī)定：涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級(jí)或者二級(jí)重大危險(xiǎn)源，配備獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。

中石化天津公司煉油部此次液化烴罐區(qū)隱患治理項(xiàng)目新增安全儀表系統(tǒng)，系統(tǒng)中每個(gè)儲(chǔ)罐增加超聲波外測(cè)液位開關(guān)一套，與原音叉液位開關(guān)及雷達(dá)液位計(jì)做三取二聯(lián)鎖緊急切斷閥指令設(shè)置。為了保證公司各生產(chǎn)裝置正常的工藝生產(chǎn)需求，考慮罐區(qū)要求并在SIS系統(tǒng)中的應(yīng)用，新增液位開關(guān)必須使?jié)M足以下要求：
a.防爆罐區(qū)，不動(dòng)火安裝；
b.罐內(nèi)有料，不開口安裝；
C.無需清罐，省時(shí)省費(fèi)用，簡(jiǎn)便安裝，防爆1區(qū)儀表；
d.儀表具有智能自檢、故障遠(yuǎn)傳輸出功能；
e.測(cè)量應(yīng)精確、穩(wěn)定。

目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用較多的液位開關(guān)有浮球閥液位開關(guān)、電纜浮球液位開關(guān)、電容式液位開關(guān)及ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)等。對(duì)各類開關(guān)的原理和特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，針對(duì)本次項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況，最終確定選擇ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)。

1 ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)的工作原理和應(yīng)用
1.1工作原理
ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)自身的探頭能產(chǎn)生變頻超聲波脈沖，脈沖在罐內(nèi)傳播一段距離(0.8~1.5m)在壁內(nèi)部折射，同時(shí)向容器內(nèi)的液體或氣體中透射傳播。由于超聲波在液體和氣體中的透射率不同，也就是超聲波傳播后能量損失不同，導(dǎo)致被測(cè)點(diǎn)在有液狀態(tài)和無液狀態(tài)的剩余能量不同，ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)通過對(duì)剩余能量進(jìn)行接收和分析，最終判斷出檢測(cè)點(diǎn)處的儲(chǔ)罐內(nèi)是否存有液體，并通過自身繼電器輸出開關(guān)量信號(hào)，信號(hào)送至SIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)液位的聯(lián)鎖控制。超聲波在儲(chǔ)罐壁內(nèi)環(huán)繞和折射不受介質(zhì)氣泡、壓力等因素的影響。

ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)具有變頻技術(shù)，使開關(guān)不受溫度變化、雨雪天氣和介質(zhì)掛壁的影響。開關(guān)具有智能自檢功能，如有故障，故障信號(hào)可遠(yuǎn)傳至控制室，通過檢查開關(guān)顯示故障代碼判斷故障類型，進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)。

1.2安裝說明
ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)在球罐高位的安裝如圖1所示。容器壁為Q345R，探頭通過磁吸方式固定在容器壁外側(cè)，選擇的安裝位置應(yīng)滿足以下條件：

a.用于一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的兩個(gè)液位測(cè)量探頭(發(fā)射探頭和接收探頭)，需安裝在同一水平面上；
b.發(fā)射探頭和接收探頭之間相距0.8~1.5m；

圖1 安裝示意圖
現(xiàn)場(chǎng)球罐附近用膨脹螺栓固定2＂(50mm)碳鋼立管一根，高1.0～1.5m。變送器經(jīng)彎板支架通過U形卡固定在立管上。
管線連接如圖2所示。
圖2 管線連接
2 儲(chǔ)罐區(qū)SIS系統(tǒng)

SIS系統(tǒng)為工廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)提供報(bào)警和聯(lián)鎖，逐漸成為工廠自動(dòng)控制中的重要組成部分。罐區(qū)SIS系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)罐的壓力、溫度、液位及流量等參數(shù)設(shè)置聲光報(bào)警和自動(dòng)聯(lián)鎖控制。

經(jīng)過對(duì)罐區(qū)內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行辨識(shí)和計(jì)算，確定液化烴儲(chǔ)罐屬于二級(jí)重大危險(xiǎn)源。同時(shí)進(jìn)行國(guó)家相關(guān)部門要求的危險(xiǎn)與可操作性（HAZOP）分析，確定液化烴儲(chǔ)罐的安全危險(xiǎn)等級(jí)是SIL2級(jí)。為進(jìn)一步提高罐區(qū)的本質(zhì)安全性，保證安全生產(chǎn)，防止事故發(fā)生，設(shè)置SIS系統(tǒng)，一旦儲(chǔ)罐出現(xiàn)安全事故時(shí)，SIS系統(tǒng)能夠瞬間準(zhǔn)確動(dòng)作，進(jìn)行緊急切斷的聯(lián)鎖控制，使生產(chǎn)過程安全停運(yùn)，或是自動(dòng)導(dǎo)入預(yù)定的安全狀態(tài)。

2.1主要控制的參數(shù)
在儲(chǔ)罐的控制中，罐內(nèi)物料液位是主要的控制參數(shù)之一。液化烴儲(chǔ)罐的液位由于進(jìn)、出料產(chǎn)生不斷變化，可能會(huì)出現(xiàn)液化烴物料抽干或物料冒罐泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，因此SIS系統(tǒng)的關(guān)鍵控制參數(shù)是儲(chǔ)罐的液位，儀表的檢測(cè)元件及取源點(diǎn)都獨(dú)立設(shè)置，采用外測(cè)式超聲波液位開關(guān)、音叉開關(guān)和雷達(dá)液位計(jì)三種液位傳感器構(gòu)成三選二連鎖，信號(hào)送至SIS系統(tǒng)進(jìn)行比較，只要兩個(gè)都達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)送出信號(hào)進(jìn)行緊急事故聯(lián)鎖。

2.2 SIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
SIS系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行器，按照故障安全型設(shè)計(jì)；可與DCS進(jìn)行通訊，但DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立。

液態(tài)烴罐區(qū)共有儲(chǔ)罐21臺(tái)，SIS系統(tǒng)內(nèi)I/O點(diǎn)數(shù)見表1。0

SIS系統(tǒng)中由于采用ELL超聲波外測(cè)液位開關(guān)這種非接觸式液位報(bào)警儀表，減少了在儲(chǔ)罐上的開口和動(dòng)火作業(yè)，降低了重大危險(xiǎn)源危險(xiǎn)物料泄漏和燃燒爆炸的概率。儀表具有智能自檢和故障輸出提醒，維護(hù)和檢修強(qiáng)度降低，穩(wěn)定性高、運(yùn)行可靠，安全性能得到提高。

3 結(jié)束語(yǔ)
本項(xiàng)目自設(shè)計(jì)建成、投產(chǎn)應(yīng)用以來，中石化天津分公司煉油部液化烴儲(chǔ)罐區(qū)的SIS系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，日常檢查、操作維護(hù)方便，同時(shí)企業(yè)結(jié)合自身實(shí)際情況，采取多種安全可靠性措施，確保了系統(tǒng)安全功能的實(shí)現(xiàn)，充分可靠地保證了企業(yè)液化烴儲(chǔ)罐的安全生產(chǎn)、環(huán)境安全和生產(chǎn)裝置長(zhǎng)周期、持續(xù)穩(wěn)定安全生產(chǎn)。

作者簡(jiǎn)介：
高麗君(1972-)，高級(jí)工程師，從事石化系統(tǒng)儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)儀表的維護(hù)管理工作。

本文摘選自《化工自動(dòng)化及儀表》第342期
版權(quán)屬于原作者

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