一、引言
       球罐為一種大容量、承壓的球形儲存容器，**應(yīng)用于石油、化工、冶金等部門，它可以用來作為液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氨、液氮及丙烷、丙烯、丁烯等低沸點石油化工原料和產(chǎn)品的密閉儲存。針對罐區(qū)的危險性，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布了Q3036-2010《危險化學(xué)品重大危險源罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設(shè)置規(guī)范》，以進一步規(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)和音視頻信號等萬’〕。在此著重分析較為重要的液位檢測及控制。由于球罐的帶壓性，使普通單法蘭液位計不能勝任。雙法蘭液位變送器雖然經(jīng)濟且簡便實用，但出于安全性與安裝方面的考慮，對于一些大型的球罐也不太適用。因此，較常用的有雷達液位計、伺服液位計、磁致伸縮液位計等。

   

 1.1雷達液位計
      雷達液位計是一種較、精度較高的液位檢測儀表。它根據(jù)雷達波從發(fā)射到反射接收的時間來測量雷達與液面間的距離，從而求得液位，測量精度不受介質(zhì)密度、溫度、壓力的影響，安裝、調(diào)試簡單，只需輸入組態(tài)數(shù)據(jù)即可使用。從結(jié)構(gòu)上，雷達液位計總體分為非接觸式和接觸式兩大類。非接觸式雷達液位計包括喇叭口天線型、棒式天線型、拋物面天線等;接觸式雷達(統(tǒng)稱導(dǎo)波雷達)液位計包括桿式和纜式液位計，其中又分為單桿式、單纜式、雙桿式、雙纜式、同軸式。
       不同系列、型號的雷達液位計適用于不同的工況，除了不能用于有泡沫、懸浮物介質(zhì)的液位檢測外，幾乎適用于其它全部球罐液位的測量。但實際應(yīng)用中有幾點值得注意。
       ( 1)為了保證測量精度及對于有攪拌的工況，喇叭口型雷達液位計、導(dǎo)波雷達液位計需安裝導(dǎo)波管，并應(yīng)能抵抗所測介質(zhì)的腐蝕，還需在其上對稱開兩排不大于導(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毛刺，安裝時，需有一定的垂直度，法蘭面水平度需小于l°
        (2)對于易揮發(fā)、冷凝的介質(zhì)，使用棒式天線、拋物面天線等雷達液位計時，介質(zhì)有可能附著在雷達液位計上，導(dǎo)致其發(fā)出和接收的雷達信號失真，液位測量不準，因此這種工況下選擇棒式天線、拋物面天線等雷達液位計時需對其進行伴熱或吹掃。
         (3)對于接觸式雷達液位計，其測量介質(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液位計。

        1.2磁致伸縮液位計
         磁致伸縮液位計也是近年來球罐常用的液位測量儀表，其檢測系統(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)機械波轉(zhuǎn)換能力強的特點，能將微小的磁場向量變化轉(zhuǎn)變?yōu)闄C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，電脈沖電流同時伴隨產(chǎn)生一個垂直于磁致伸縮線的環(huán)形磁場，并以光速沿磁致伸縮線傳遞。當(dāng)這個磁場與浮子(磁環(huán))磁場相遇時，產(chǎn)生一個“返回”脈沖(或稱
“波導(dǎo)扭曲脈沖”)。敏感元件探測到返回脈沖后，將電脈沖與返回脈沖的時間差轉(zhuǎn)換成脈沖信號，計算出浮子的實際位置，從而確定被測液位。
磁致伸縮液位計不僅精度高、維護量小，而且能用于兩種液體間的界位測量，安裝在連通管上時可與磁翻板液位計配套使用。但其有以下缺點。
(1)因為是接觸式測量儀表，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輸問題，一般不能滿足大型球罐液位測量的要求，對此只能用纜式傳感器。纜式磁致伸縮液位計可直接安裝，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，安裝時一定要拉直傳感器。

      1.3伺服液位計
     伺服液位計基于力平衡原理，由微伺服電機驅(qū)動體積較小的浮子，使其能精確地進行液位或界面測量。浮子用測量鋼絲懸掛在儀表外殼內(nèi)，而測量鋼絲纏繞在精密加工過的外輪鼓上，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)液位計工作時，浮子作用于細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)的輸出電壓信號發(fā)生變化。被測介質(zhì)液位變化時會使浮子位置發(fā)生改變，其結(jié)果是磁鍋力矩被改變，使得帶有溫度補償?shù)幕魻栐妮敵鲭妷喊l(fā)生變化。該電壓值與液位計CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動，帶動浮子上下移動重新達到平衡點，當(dāng)浮子達到平衡點時，差值為零，進而可通過測量外輪鼓的旋轉(zhuǎn)角度計算得到液位的高度值。整個系統(tǒng)構(gòu)成一個閉環(huán)反饋回路，精確度可達士lmmo
      伺服液位計用于球罐時不僅測試精確、調(diào)試方便，而且能帶壓拆卸，這也是與其它直接在罐體開口的液位計相比突出的優(yōu)點。安裝帶檢修腔的伺服液位計時，在設(shè)備法蘭口處安裝根部閥(根部閥公稱直徑與檢修腔直徑相等)，當(dāng)帶壓檢修或拆卸時，利用伺服電機把浮子放至球閥以上的檢修觀察腔，再關(guān)閉球閥，即可實現(xiàn)液位計與球罐的隔離。伺服液位計的選型和安裝還應(yīng)注意以下幾點。
     (1)為保證測量的平穩(wěn)性和準確性，必須加導(dǎo)向管。該導(dǎo)向管需與雷達液位計的導(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)計導(dǎo)向管時可適當(dāng)加大其管徑，以防發(fā)生浮子卡掛情況。
     (3)因伺服液位計是接觸式檢測儀表，故測量介質(zhì)對其浮子或鋼絲有腐蝕性時，應(yīng)選擇其它類型的液位計。
 
     二、切斷閥的選型
     為確保球罐內(nèi)液位高度不超過安全液位并防止在低液位時抽空，球罐液位通過以上方法檢測后，將4-}-zom八信號送入集散控制系統(tǒng)(DCS)或緊急停車系統(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，通過系統(tǒng)組態(tài)，當(dāng)3個傳感器中的2個液位達到設(shè)定的高高液位時，打開備用球罐的進口切斷閥，并關(guān)閉此球罐的進口切斷閥;同理，當(dāng)3個傳感器中的2個液位達到設(shè)定的低低液位時，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)選氣動執(zhí)行機構(gòu)，這是因為電動執(zhí)行器動作時間較長，不能滿足緊急切斷要求。常用的角行程氣動執(zhí)行機構(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彈簧進行復(fù)位，實現(xiàn)故障開或故障關(guān)功能，但彈簧會抵消一部分輸出力，并且會增加氣缸的長度和重量。雙作用氣缸適用于大口徑閥門或要求執(zhí)行機構(gòu)推力特別大的場合，其閥開與閥關(guān)都需要壓縮空氣的推力來執(zhí)行，也就說，該氣動執(zhí)行器在不加其它輔助設(shè)備的情況下，在失氣時會保持在某一位置。
     因氣動切斷閥的驅(qū)動為壓縮空氣，故對氣動切斷閥的控制即是對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個進氣孔(接進氣氣源)、1個出氣孔(提供給執(zhí)行機構(gòu)的進氣口)、1個排氣孔。常閉型單電控電磁閥沒通電時，進氣孔與出氣孔間不通，出氣孔與排氣孔間是通的，也即進氣氣源沒有送入執(zhí)行機構(gòu)，氣路是斷的;常開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個進氣孔(接進氣氣源)、1個正動作出氣孔和1個反動作出氣孔(分別為提供給執(zhí)行機構(gòu)的一正一反動作的進氣口)、1個正動作排氣孔和1個反動作排氣孔。在使用過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，兩個線圈間做互鎖控制。根據(jù)文獻[3口，安全儀表系統(tǒng)中的電磁閥應(yīng)采用長期帶電型，對于電磁閥長期帶電引起的易老化及壽命短問題，可采用低功耗電磁閥且并聯(lián)冗余配置，這樣某個電磁閥故障或不通電并不影響緊急切斷閥的位置。但正因為如此，閥門的位置不能通過行程開關(guān)體現(xiàn)在控制系統(tǒng)上，電磁閥的好壞還需在巡檢時檢查其是否發(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，氣動切斷閥有時不僅能實現(xiàn)遠程控制，在事故狀態(tài)或檢修時還能實現(xiàn)就地手動控制?，F(xiàn)以氣開型單作用氣缸(即氣源故障時氣缸內(nèi)彈簧復(fù)位使切斷閥關(guān)閉)為例，簡述如何實現(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)來的控制開關(guān)量(閉點且?guī)щ娫?先串聯(lián)現(xiàn)場控制開關(guān)(閉點)再串聯(lián)電磁閥，這樣，在突發(fā)異常情況時，不論是控制系統(tǒng)開關(guān)量斷開，還是現(xiàn)場控制開關(guān)斷開，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)下，現(xiàn)場開關(guān)將起不到開關(guān)切斷閥的作用，故需在控制系統(tǒng)開關(guān)量處并聯(lián)現(xiàn)場旁路聯(lián)鎖開關(guān)。此聯(lián)鎖開關(guān)在開車或檢修時需根據(jù)實際情況確定其狀態(tài)，其余情況下均為打開狀態(tài)，即保證控制系統(tǒng)的開關(guān)量能起到控制作用，這樣才能真正實現(xiàn)切斷閥的兩地控制。
 
     三、結(jié)束語
     球罐區(qū)液位的檢測和控制關(guān)系到整個工廠的生產(chǎn)安全，若液位危險狀況處理不及時，則會危及財產(chǎn)、人身安全。木文根據(jù)儀表選型設(shè)計經(jīng)驗，從液位計的選型、切斷閥的選型及控制等方面進行了討論，給相關(guān)部門人員提供參考。

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