一、引言
       球罐為一種大容量、承壓的球形儲(chǔ)存容器，**應(yīng)用于石油、化工、冶金等部門(mén)，它可以用來(lái)作為液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氨、液氮及丙烷、丙烯、丁烯等低沸點(diǎn)石油化工原料和產(chǎn)品的密閉儲(chǔ)存。針對(duì)罐區(qū)的危險(xiǎn)性，國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布了Q3036-2010《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》，以進(jìn)一步規(guī)范罐區(qū)的安全監(jiān)控裝備。罐區(qū)的監(jiān)控預(yù)警參數(shù)主要包括罐內(nèi)介質(zhì)的液位、溫度、壓力等，罐區(qū)內(nèi)可燃/有毒氣體的濃度、明火以及氣象參數(shù)和音視頻信號(hào)等萬(wàn)’〕。在此著重分析較為重要的液位檢測(cè)及控制。由于球罐的帶壓性，使普通單法蘭液位計(jì)不能勝任。雙法蘭液位變送器雖然經(jīng)濟(jì)且簡(jiǎn)便實(shí)用，但出于安全性與安裝方面的考慮，對(duì)于一些大型的球罐也不太適用。因此，較常用的有雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)等。

   

 1.1雷達(dá)液位計(jì)
      雷達(dá)液位計(jì)是一種較、精度較高的液位檢測(cè)儀表。它根據(jù)雷達(dá)波從發(fā)射到反射接收的時(shí)間來(lái)測(cè)量雷達(dá)與液面間的距離，從而求得液位，測(cè)量精度不受介質(zhì)密度、溫度、壓力的影響，安裝、調(diào)試簡(jiǎn)單，只需輸入組態(tài)數(shù)據(jù)即可使用。從結(jié)構(gòu)上，雷達(dá)液位計(jì)總體分為非接觸式和接觸式兩大類(lèi)。非接觸式雷達(dá)液位計(jì)包括喇叭口天線型、棒式天線型、拋物面天線等;接觸式雷達(dá)(統(tǒng)稱(chēng)導(dǎo)波雷達(dá))液位計(jì)包括桿式和纜式液位計(jì)，其中又分為單桿式、單纜式、雙桿式、雙纜式、同軸式。
       不同系列、型號(hào)的雷達(dá)液位計(jì)適用于不同的工況，除了不能用于有泡沫、懸浮物介質(zhì)的液位檢測(cè)外，幾乎適用于其它全部球罐液位的測(cè)量。但實(shí)際應(yīng)用中有幾點(diǎn)值得注意。
       ( 1)為了保證測(cè)量精度及對(duì)于有攪拌的工況，喇叭口型雷達(dá)液位計(jì)、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)需安裝導(dǎo)波管，并應(yīng)能抵抗所測(cè)介質(zhì)的腐蝕，還需在其上對(duì)稱(chēng)開(kāi)兩排不大于導(dǎo)波管管徑1/l0的孔。導(dǎo)波管內(nèi)壁和流通孔必須光滑無(wú)毛刺，安裝時(shí)，需有一定的垂直度，法蘭面水平度需小于l°
        (2)對(duì)于易揮發(fā)、冷凝的介質(zhì)，使用棒式天線、拋物面天線等雷達(dá)液位計(jì)時(shí)，介質(zhì)有可能附著在雷達(dá)液位計(jì)上，導(dǎo)致其發(fā)出和接收的雷達(dá)信號(hào)失真，液位測(cè)量不準(zhǔn)，因此這種工況下選擇棒式天線、拋物面天線等雷達(dá)液位計(jì)時(shí)需對(duì)其進(jìn)行伴熱或吹掃。
         (3)對(duì)于接觸式雷達(dá)液位計(jì)，其測(cè)量介質(zhì)的介電常數(shù)和粘度很重要，若介質(zhì)的介電常數(shù)較小或粘度較高，則不建議采用接觸式雷達(dá)液位計(jì)。

        1.2磁致伸縮液位計(jì)
         磁致伸縮液位計(jì)也是近年來(lái)球罐常用的液位測(cè)量?jī)x表，其檢測(cè)系統(tǒng)的核心是磁致伸縮傳感器。磁致伸縮傳感器的核心敏感元件(磁致伸縮線)具有應(yīng)變值高、電(磁)機(jī)械波轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能將微小的磁場(chǎng)向量變化轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械波。磁致伸縮傳感器由不銹鋼桿(纜)和浮球(或磁環(huán))組成。當(dāng)電子部件中脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電脈沖沿磁致伸縮線傳遞時(shí)，電脈沖電流同時(shí)伴隨產(chǎn)生一個(gè)垂直于磁致伸縮線的環(huán)形磁場(chǎng)，并以光速沿磁致伸縮線傳遞。當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)與浮子(磁環(huán))磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)“返回”脈沖(或稱(chēng)
“波導(dǎo)扭曲脈沖”)。敏感元件探測(cè)到返回脈沖后，將電脈沖與返回脈沖的時(shí)間差轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，計(jì)算出浮子的實(shí)際位置，從而確定被測(cè)液位。
磁致伸縮液位計(jì)不僅精度高、維護(hù)量小，而且能用于兩種液體間的界位測(cè)量，安裝在連通管上時(shí)可與磁翻板液位計(jì)配套使用。但其有以下缺點(diǎn)。
(1)因?yàn)槭墙佑|式測(cè)量?jī)x表，故只能用于清潔的粘度不高的液體。
(2)桿式傳感器因制作與運(yùn)輸問(wèn)題，一般不能滿(mǎn)足大型球罐液位測(cè)量的要求，對(duì)此只能用纜式傳感器。纜式磁致伸縮液位計(jì)可直接安裝，但為了保證精確度，可加裝導(dǎo)向管或采用外浮筒型，不論采用哪種形式，安裝時(shí)一定要拉直傳感器。

      1.3伺服液位計(jì)
     伺服液位計(jì)基于力平衡原理，由微伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，使其能精確地進(jìn)行液位或界面測(cè)量。浮子用測(cè)量鋼絲懸掛在儀表外殼內(nèi)，而測(cè)量鋼絲纏繞在精密加工過(guò)的外輪鼓上，外磁鐵被固定在外輪鼓內(nèi)，并與固定在內(nèi)輪鼓內(nèi)磁鐵鍋合在一起。當(dāng)液位計(jì)工作時(shí)，浮子作用于細(xì)鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產(chǎn)生力矩，從而引起磁通量變化，輪鼓組件間的磁通量變化導(dǎo)致內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器(霍爾元件)的輸出電壓信號(hào)發(fā)生變化。被測(cè)介質(zhì)液位變化時(shí)會(huì)使浮子位置發(fā)生改變，其結(jié)果是磁鍋力矩被改變，使得帶有溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栐妮敵鲭妷喊l(fā)生變化。該電壓值與液位計(jì)CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)浮子上下移動(dòng)重新達(dá)到平衡點(diǎn)，當(dāng)浮子達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)，差值為零，進(jìn)而可通過(guò)測(cè)量外輪鼓的旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算得到液位的高度值。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)反饋回路，精確度可達(dá)士lmmo
      伺服液位計(jì)用于球罐時(shí)不僅測(cè)試精確、調(diào)試方便，而且能帶壓拆卸，這也是與其它直接在罐體開(kāi)口的液位計(jì)相比突出的優(yōu)點(diǎn)。安裝帶檢修腔的伺服液位計(jì)時(shí)，在設(shè)備法蘭口處安裝根部閥(根部閥公稱(chēng)直徑與檢修腔直徑相等)，當(dāng)帶壓檢修或拆卸時(shí)，利用伺服電機(jī)把浮子放至球閥以上的檢修觀察腔，再關(guān)閉球閥，即可實(shí)現(xiàn)液位計(jì)與球罐的隔離。伺服液位計(jì)的選型和安裝還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
     (1)為保證測(cè)量的平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性，必須加導(dǎo)向管。該導(dǎo)向管需與雷達(dá)液位計(jì)的導(dǎo)波管基木一致，但其下部應(yīng)有柵網(wǎng)，以防止浮子漏出。
     (2)設(shè)計(jì)導(dǎo)向管時(shí)可適當(dāng)加大其管徑，以防發(fā)生浮子卡掛情況。
     (3)因伺服液位計(jì)是接觸式檢測(cè)儀表，故測(cè)量介質(zhì)對(duì)其浮子或鋼絲有腐蝕性時(shí)，應(yīng)選擇其它類(lèi)型的液位計(jì)。
 
     二、切斷閥的選型
     為確保球罐內(nèi)液位高度不超過(guò)安全液位并防止在低液位時(shí)抽空，球罐液位通過(guò)以上方法檢測(cè)后，將4-}-zom八信號(hào)送入集散控制系統(tǒng)(DCS)或緊急停車(chē)系統(tǒng)(ESD)。為兼顧系統(tǒng)的安全性和可用性，傳感器采取三取二冗余，通過(guò)系統(tǒng)組態(tài)，當(dāng)3個(gè)傳感器中的2個(gè)液位達(dá)到設(shè)定的高高液位時(shí)，打開(kāi)備用球罐的進(jìn)口切斷閥，并關(guān)閉此球罐的進(jìn)口切斷閥;同理，當(dāng)3個(gè)傳感器中的2個(gè)液位達(dá)到設(shè)定的低低液位時(shí)，停抽料泵并切斷球罐的出口切斷閥。所以為了保證罐區(qū)的安全液位，切斷閥的選型和控制尤其重要。
     切斷閥常用的有球閥和蝶閥等，但蝶閥使用壓力和工作溫度范圍較小且密封性較差，故一般選用球閥。在有條件的情況下優(yōu)選氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這是因?yàn)殡妱?dòng)執(zhí)行器動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足緊急切斷要求。常用的角行程氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又分為單作用氣缸和雙作用氣缸。單作用氣缸在故障狀況下通過(guò)彈簧進(jìn)行復(fù)位，實(shí)現(xiàn)故障開(kāi)或故障關(guān)功能，但彈簧會(huì)抵消一部分輸出力，并且會(huì)增加氣缸的長(zhǎng)度和重量。雙作用氣缸適用于大口徑閥門(mén)或要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力特別大的場(chǎng)合，其閥開(kāi)與閥關(guān)都需要壓縮空氣的推力來(lái)執(zhí)行，也就說(shuō)，該氣動(dòng)執(zhí)行器在不加其它輔助設(shè)備的情況下，在失氣時(shí)會(huì)保持在某一位置。
     因氣動(dòng)切斷閥的驅(qū)動(dòng)為壓縮空氣，故對(duì)氣動(dòng)切斷閥的控制即是對(duì)壓縮空氣氣路的控制?？刂茪饴分饕脑请姶砰y，輔助元件有保位閥、氣控閥、氣源儲(chǔ)罐等。
單作用氣缸一般配用單電控兩位三通電磁閥，它有1個(gè)進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、1個(gè)出氣孔(提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)氣口)、1個(gè)排氣孔。常閉型單電控電磁閥沒(méi)通電時(shí)，進(jìn)氣孔與出氣孔間不通，出氣孔與排氣孔間是通的，也即進(jìn)氣氣源沒(méi)有送入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣路是斷的;常開(kāi)型單電控電磁閥正好相反。雙作用氣缸一般配用雙電控兩位五通電磁閥，它具有1個(gè)進(jìn)氣孔(接進(jìn)氣氣源)、1個(gè)正動(dòng)作出氣孔和1個(gè)反動(dòng)作出氣孔(分別為提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一正一反動(dòng)作的進(jìn)氣口)、1個(gè)正動(dòng)作排氣孔和1個(gè)反動(dòng)作排氣孔。在使用過(guò)程中給常閉的兩位五通電磁閥正作用線圈通電則正作用氣路接通，給反作用線圈通電則反作用氣路接通，兩個(gè)線圈間做互鎖控制。根據(jù)文獻(xiàn)[3口，安全儀表系統(tǒng)中的電磁閥應(yīng)采用長(zhǎng)期帶電型，對(duì)于電磁閥長(zhǎng)期帶電引起的易老化及壽命短問(wèn)題，可采用低功耗電磁閥且并聯(lián)冗余配置，這樣某個(gè)電磁閥故障或不通電并不影響緊急切斷閥的位置。但正因?yàn)槿绱?，閥門(mén)的位置不能通過(guò)行程開(kāi)關(guān)體現(xiàn)在控制系統(tǒng)上，電磁閥的好壞還需在巡檢時(shí)檢查其是否發(fā)熱判斷，若發(fā)熱且非異常發(fā)燙，則可確定此電磁閥處于正常工作狀態(tài)。
     根據(jù)工藝要求，氣動(dòng)切斷閥有時(shí)不僅能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在事故狀態(tài)或檢修時(shí)還能實(shí)現(xiàn)就地手動(dòng)控制?，F(xiàn)以氣開(kāi)型單作用氣缸(即氣源故障時(shí)氣缸內(nèi)彈簧復(fù)位使切斷閥關(guān)閉)為例，簡(jiǎn)述如何實(shí)現(xiàn)電磁閥斷電聯(lián)鎖(正常帶電)的切斷閥的兩地控制。從控制系統(tǒng)來(lái)的控制開(kāi)關(guān)量(閉點(diǎn)且?guī)щ娫?先串聯(lián)現(xiàn)場(chǎng)控制開(kāi)關(guān)(閉點(diǎn))再串聯(lián)電磁閥，這樣，在突發(fā)異常情況時(shí)，不論是控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量斷開(kāi)，還是現(xiàn)場(chǎng)控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，都能使切斷閥關(guān)閉。但是，在控制系統(tǒng)事故狀態(tài)(即控制系統(tǒng)斷開(kāi))下，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)將起不到開(kāi)關(guān)切斷閥的作用，故需在控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量處并聯(lián)現(xiàn)場(chǎng)旁路聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)。此聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)在開(kāi)車(chē)或檢修時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況確定其狀態(tài)，其余情況下均為打開(kāi)狀態(tài)，即保證控制系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量能起到控制作用，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)切斷閥的兩地控制。
 
     三、結(jié)束語(yǔ)
     球罐區(qū)液位的檢測(cè)和控制關(guān)系到整個(gè)工廠的生產(chǎn)安全，若液位危險(xiǎn)狀況處理不及時(shí)，則會(huì)危及財(cái)產(chǎn)、人身安全。木文根據(jù)儀表選型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從液位計(jì)的選型、切斷閥的選型及控制等方面進(jìn)行了討論，給相關(guān)部門(mén)人員提供參考。

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