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

來源：西安定華電子股份有限公司 2021年04月07日 09:23

摘要 根據(jù)液態(tài)烴的物理特性和外測式超聲波液位開關(guān)的工作原理、輸出形式,分析了ELL超聲波外測液位開關(guān)在實際使用中的特點。針對危險化學品液化烴儲罐，根據(jù)SIL等級、現(xiàn)場具體工況，分析確定液態(tài)烴儲罐SIS系統(tǒng)的控制參數(shù)，設計了ELL超聲波外測液位開關(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超聲波外測液位開關(guān)在生產(chǎn)運行中可靠性滿足要求、維護簡單方便，為液化烴罐區(qū)的安全生產(chǎn)提供了保障。

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

液化烴類物質(zhì)屬于甲類和甲A類火災危險性介質(zhì)，具有明顯的火災爆炸危險性。依據(jù)《中國石油天然氣股份有限公司輕質(zhì)油品儲罐技術(shù)導則》要求：儲罐應設置液位檢測、溫度檢測、高高液位、高液位、低液位和低低液位報警設施?！段ｋU化學品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》（國家安監(jiān)總局令第40 號）第13 條規(guī)定：涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或者二級重大危險源，配備獨立的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。

中石化天津公司煉油部此次液化烴罐區(qū)隱患治理項目新增安全儀表系統(tǒng)，系統(tǒng)中每個儲罐增加超聲波外測液位開關(guān)一套，與原音叉液位開關(guān)及雷達液位計做三取二聯(lián)鎖緊急切斷閥指令設置。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)，不動火安裝；

b.罐內(nèi)有料，不開口安裝；

C.無需清罐，省時省費用，簡便安裝，防爆1區(qū)儀表；

d.儀表具有智能自檢、故障遠傳輸出功能；

e.測量應準確、穩(wěn)定。

目前在工業(yè)現(xiàn)場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超聲波外測液位開關(guān)等。對各類開關(guān)的原理和特點進行對比分析，針對本次項目現(xiàn)場情況，最終確定選擇ELL超聲波外測液位開關(guān)。

1 ELL超聲波外測液位開關(guān)的工作原理和應用

1.1工作原理

ELL超聲波外測液位開關(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，導致被測點在有液狀態(tài)和無液狀態(tài)的剩余能量不同，ELL超聲波外測液位開關(guān)通過對剩余能量進行接收和分析，最終判斷出檢測點處的儲罐內(nèi)是否存有液體，并通過自身繼電器輸出開關(guān)量信號，信號送至SIS系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)對液位的聯(lián)鎖控制。超聲波在儲罐壁內(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，故障信號可遠傳至控制室，通過檢查開關(guān)顯示故障代碼判斷故障類型，進行相應維護。

1.2安裝說明

ELL超聲波外測液位開關(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)，選擇的安裝位置應滿足以下條件：

a.用于一個測量點的兩個液位測量探頭(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)提供報警和聯(lián)鎖，逐漸成為工廠自動控制中的重要組成部分。罐區(qū)SIS系統(tǒng)對儲罐的壓力、溫度、液位及流量等參數(shù)設置聲光報警和自動聯(lián)鎖控制。

經(jīng)過對罐區(qū)內(nèi)介質(zhì)進行辨識和計算，確定液化烴儲罐屬于二級重大危險源。同時進行國家相關(guān)部門要求的危險與可操作性（HAZOP）分析，確定液化烴儲罐的安全危險等級是SIL2級。為進一步提高罐區(qū)的本質(zhì)安全性，保證安全生產(chǎn)，防止事故發(fā)生，設置SIS系統(tǒng)，一旦儲罐出現(xiàn)安全事故時，SIS系統(tǒng)能夠瞬間準確動作，進行緊急切斷的聯(lián)鎖控制，使生產(chǎn)過程安全停運，或是自動導入預定的安全狀態(tài)。

2.1主要控制的參數(shù)

在儲罐的控制中，罐內(nèi)物料液位是主要的控制參數(shù)之一。液化烴儲罐的液位由于進、出料產(chǎn)生不斷變化，可能會出現(xiàn)液化烴物料抽干或物料冒罐泄漏的風險，因此SIS系統(tǒng)的關(guān)鍵控制參數(shù)是儲罐的液位，儀表的檢測元件及取源點都獨立設置，采用外測式超聲波液位開關(guān)、音叉開關(guān)和雷達液位計三種液位傳感器構(gòu)成三選二連鎖，信號送至SIS系統(tǒng)進行比較，只要兩個都達到設定值，系統(tǒng)送出信號進行緊急事故聯(lián)鎖。

2.2 SIS系統(tǒng)的設計

SIS系統(tǒng)包括現(xiàn)場儀表和執(zhí)行器，按照故障安全型設計；可與DCS進行通訊，但DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)相對獨立。

液態(tài)烴罐區(qū)共有儲罐21臺，SIS系統(tǒng)內(nèi)I/O點數(shù)見表1。0

SIS系統(tǒng)中由于采用ELL超聲波外測液位開關(guān)這種非接觸式液位報警儀表，減少了在儲罐上的開口和動火作業(yè)，降低了重大危險源危險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，維護和檢修強度降低，穩(wěn)定性高、運行可靠，安全性能得到提高。

3 結(jié)束語

本項目自設計建成、投產(chǎn)應用以來，中石化天津分公司煉油部液化烴儲罐區(qū)的SIS系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，日常檢查、操作維護方便，同時企業(yè)結(jié)合自身實際情況，采取多種安全可靠性措施，確保了系統(tǒng)安全功能的實現(xiàn)，充分可靠地保證了企業(yè)液化烴儲罐的安全生產(chǎn)、環(huán)境安全和生產(chǎn)裝置長周期、持續(xù)穩(wěn)定安全生產(chǎn)。

作者簡介：

高麗君(1972-)，高級工程師，從事石化系統(tǒng)儲運罐區(qū)現(xiàn)場儀表的維護管理工作。

本文摘選自《化工自動化及儀表》第342期

版權(quán)屬于原作者

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