ELL外測液位計在苯儲罐上使用案例與原理說明
0 引言
安全生產是一項長期、艱巨、復雜的系統工程, 通常是企業生產的薄弱環節, 安全、環保的綠色生產方向一直是化工企業追求的目標。同時, 提高生產效率, 降低工廠操作人員的勞動強度也是企業始終努力的方向[1]。
湖南岳陽巴陵石化隸屬中石化旗下是特大型石化聯合企業和國內***大的己內酰胺、SBS、環氧樹脂和環己酮生產基地, 主要產品有稀釋劑、SBS、環己酮、環氧樹脂、汽柴油、己內酰胺和尿素等160多種, 各種易燃、易爆、劇毒的化學品繁多。因此, 安全生產、綠色經營更是企業的首要工作。
1 背景介紹
公司8號溝罐區, 是各種易燃、易爆、劇毒的化學品的集中儲存罐區, 屬于一級要害罐區, 其中有Q801~Q807, 7個1000m3球型儲罐儲存苯。苯在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體, 具有強烈的芳香氣味, 其密度為0.88g/ml, 小于水, 但其分子質量比水重, 難溶于水。苯可燃, 毒性較高, 是一種致癌物質。苯的沸點為80.1℃, 熔點為5.5℃。
在苯儲罐的液位測量中, 以前通常使用鋼帶液位計、差壓液位變送器等, 但這些儀表的共同特點, 都必須跟介質接觸。因為苯可燃、毒性較高, 且介質經常含水, 故這些儀表都出現了使用測量不準、維修不方便不安全等問題。
2012年罐區技術改造, 公司下決心采用一種更安全、可靠的儀表測量苯球罐液位。公司集思廣益, 根據以往測量球罐液位經驗, 考察、分析各種液位計的原理、優缺點及性價比[5]。
2 幾種液位計的比較 (如表1所示)
罐區技改之前, 公司Q801~Q805儲罐使用鋼帶液位計, Q806~Q807儲罐使用差壓液位計。
2.1 鋼帶液位計
1) 原理:此種液位計依據阿基米德原理 (也稱浮力原理) , 是一種***傳統的液位計。它主要是由罐內浮盤、鋼帶和罐外變送器組成, 浮盤浮于罐內液面, 隨液位的升降而上下移動, 帶動鋼帶, 鋼帶連接罐外變送器, 變送器根據鋼帶的位移讀出液位高度。
2) 優點:結構簡單、安裝相對簡單。
3) 缺點:
(1) 由于冬季苯凝結, 需要加熱, 加熱后的苯蒸氣沿著鋼帶導管進入表體凝結, 造成儀表凍住不能使用。
(2) 日常檢修時, 因表體通過導管與罐內連通, 使得表體存在苯氣體, 存在較大的安全隱患。
(3) 需要打空儲罐標零。
(4) 安裝維護需要開罐、設備需要停用。
2.2 差壓液位變送器
1) 原理:差壓液位變送器就是通過測量高、低壓力差, 再由轉換部件轉換成電流信號傳送到控制室的電器元件來顯示液位。差壓式液位計主要用于密閉有壓容器的液位測量, 把容器內低位置有液體 (液相) 的壓力和高位置無液體 (氣相) 的壓力差轉換成液位高度。
2) 優點:
(1) 精度高。
(2) 重量輕、堅固抗振。
(3) 量程、零點外部連續可調。
(4) 無機械可動部件, 維修工作量少。
3) 缺點:
(1) , 受溫度變化影響大, 有時冬季需要加伴熱。
(2) , 需要經常檢查引壓管, 防止漏水、冷凝、蒸發和堵塞。
(3) , 結晶、沉積物易堵塞引壓管。
(4) , 液面高度直接和罐內介質密度有關, 由于從裝置輸送過來的苯含水, 并且每次含水量不同, 使得罐內液位密度經常發生變化, 而儀表內部參數密度設的固定值。當罐內介質密度發生變化時, 計算出來的液位就不能反映罐內的真實液位, 引起差壓測量誤差。
(5) , 安裝和維護時需要停車、清罐、拆卸。
苯具有特殊的物理特性且工藝問題 (介質含水) , 使得上述兩種液位計均無法達到滿意的測量效果。
2012年7月對Q801~Q807, 7個儲罐液位測量設備進行了技術改造, 考察并選用了西安定華電子有限公司的ELL外測液位計。
表1 各種液位計的比對Table1 Ratio of liquid level meter
3 ELL外測液位計原理[2-4]
ELL外測液位計是一種利用聲納測距原理, “微振動分析”技術和“精度自動校準”技術, 是“完全非接觸式”液位測量儀表。
3.1 聲納測距原理
聲納就是利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備, 聲納測距是利用聲波反射識別技術。
聲納技術至今已有100年歷史, 它是1906年由英國海軍劉易斯·尼克森所發明。
聲納測距原理是ELL外測液位計外測液位的基礎。
由吸附于儲罐底部的液位測量頭發射聲波, 穿透罐壁在罐內液體介質內傳播, 到達液面反射形成回波, 回波信號到達罐底, 穿透罐壁, 再由液位測量頭接收返回的聲納信號, 傳回主機, 主機根據公式:距離 (D) =速度 (S) ×時間 (T) 計算, 得出液位。其中:
距離 (D) :要得到的液位高度。
速度 (S) :聲波在液體介質內的傳播速度, 不同的介質內聲波的傳播速度不同。
時間 (T) :聲波在液體中形成回波的時間。
3.2 精度自動校準技術
自動校準技術是ELL外測液位計測量的保證。
當同一種液體介質的溫度變化較大, 液體成分、密度變化較大時, 會對液體內聲波的傳播速度產生較大影響, 由此帶來測量誤差, 為了確保儀表的測量精度, 可在容器內加裝校準器, 用校準測量頭測量校準器內液柱的標準長度, 標準長度是1m, 可通過速度 (S) =距離 (H) /時間 (T) , 得到聲波在校準器內液體里的傳播速度。
由于校準器內液體和容器內液體連通, 因此, 校準器內液體溫度、成分和容器內液體一致, 聲波在其中的傳播速度也相同。所以, 可以得到當前環境下聲波在容器內介質里準確的傳播速度, 儀表會自動選用修正后的聲波傳播速度進行計算, CPU會根據該結果計算出液面的準確高度, 這樣得出的液面高度就不會受到液體溫度和成分變化的影響。
自動校準原理實際上就是在容器上找出一段已知長度作為標尺, 對外測液位計進行自身校準, 來保證在任何工況下都能高精度測量液位。如果容器內無條件加裝校準器, 可以將容器已知的確切直徑作為標尺來實現自動校準。
3.3“微振動分析”技術
“微振動分析”技術是西安定華的核心專利技術, 是ELL外測液位計可靠運行的保證。
由于一些儲罐工況復雜, 例如:不同的罐型、不同的罐內沉積程度、不同的介質特性;進、出料速度很快, 造成強烈沖擊, 罐內液面會形成劇烈波動;介質揮發性強, 液面形成汽、液混合;儲罐常年未清理, 罐內底部沉積物過厚等, 這些都會造成吸附于罐壁外的液位測量頭接收到的回波信號不液面信號, 還有一些其他干擾信號, 會干擾儀表得到真實液面形成回波的時間, 計算出虛假液位。“微振動分析”技術的ELL外測液位計會自動判斷正確的液位信號, 并始終跟蹤該信號顯示準確的液位。另外, 聲納信號在穿透容器壁時會有大幅衰減, 在不同的液體內的傳播速度會發生改變, 從而影響對液位的測量。“微振動分析”技術通過先進的智能化處理方法, 可以***大限度的排除干擾信號, 分析、判斷出真實液位信號, 并始終鎖定此信號顯示液位。
4 ELL系列外測液位計的優勢[6]
1) ELL外測液位計的技術優勢。
2) 消除容器壁余震干擾。
3) 消除多重回波干擾。
4) 消除虛假回波干擾。
5) 克服了聲納信號穿透容器壁的大幅衰減。
6) 介質成分變化對聲速影響。
7) 性能穩定可靠。
8) 結果。
9) 智能化。
10) 應對各種復雜現場工況。
5 ELL外測液位計在灌區的實際應用
5.1 ELL外測液位計現場安裝 (見圖1)
5.1.1 主機安裝[7]
ELL-FI外測液位計主機安裝十分簡單, 在苯球罐附近立一根2″碳鋼管, 高度1m~1.2m, 儀表機架通過U型卡固定在2″立管上, 儀表主機和防爆接線盒固定在儀表機架上。儀表主機位置一般選在校準測量頭下方, 并便于儀表安裝和日常觀察、維護的位置。
5.1.2 探頭安裝[8]
液位測量探頭的安裝需要選擇液位信號***合適的位置, 探頭安裝的質量直接影響儀表的使用效果。安裝探頭時必須有針對性地選擇合適的安裝方案。大體來說需要遵循以下幾點原則:
1) 對于鐵磁性材質的容器, 探頭安裝位置罐壁打磨平整, 探頭工作端面涂上耦合劑并用強力磁環將探頭直接吸附在容器底部即可。
2) 液位測量探頭指向須與所測液面盡量垂直, 且正上方無管道等遮擋物。
3) 液位測量探頭避開進液口, 以避免進液沖擊使液面劇烈波動影響測量。
4) 高于出液口或排污口, 以避免罐底長期沉積污物對測量的影響.如不滿足條件, 則應有措施保證定期清除罐底污物。
5) 校準測量頭安裝在罐體外部半徑高度 (赤道) 的位置。
圖1 苯儲罐ELL-FI型儀表安裝圖Fig.1 Benzene storage tanks ELL-FI-typical drawing for instrument fabrication
6) 容器壁上的安裝面尺寸應不小于Ф100的圓面, 不應有漆塊、銹渣, 盡量光潔。
5.2 ELL外測液位計應用情況
自從引進ELL外測液位計進行苯儲罐液位測量以來, 儀表運行穩定, 且測量、維護簡單、操作容易。罐區徹底杜絕了由于儀表的原因造成的苯泄漏, 以及因泄露檢修、更換而造成系統停車, 儀表維護工作量大大下降。儀表的標準遠傳輸出, 直接實時將液位高度送到DCS, 儀表人員坐在屏幕前就能直觀地掌握本儲罐的液位情況。
6 結束語
根據ELL外測液位計在苯儲罐上的實際應用效果, 和對ELL外測液位計的深入了解, ELL外測液位計真正實現了“隔離式測量”, 現場安裝不動火、不開孔、不停產, 是綠色環保的儀表, 尤其適合在易燃、易爆和劇毒化學品儲罐區的技改。ELL外測液位計在石油化工企業的罐區液位管理中具有很好的使用價值, 填補了一項能夠實現在線安裝、不停車儀表的空白。