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        化工行業

        音叉液位開關在原油儲罐液位測量中的應用

          原油儲罐作為煉油化工重要的儲存單元在石油化工行業有著廣泛的應用。根據《國家安全監管總局關于進一步加強化學品罐區安全管理的通知》(安監總管三〔2014〕86號)規范要求,油罐除應安裝液位連續測量儀表如雷達液位計、差壓變送器等外,罐壁外側還應安裝液位開關作高低液位報警。
          以原油管道輸油站的儲罐區內的油罐為例,每座油罐罐壁外側安裝2個液位開關,分別用于檢測油罐高高和低低液位,同時參與儲油罐聯鎖保護,與進出油罐管道上的電動閥門構成聯鎖功能。當管道油品進入油罐并且到達液位高高報警時,聯鎖關閉進油罐管道上的電動閘閥。當管道原油流出油罐并且到達液位低低報警時,聯鎖關閉出油罐管道上的電動閘閥。
          一、原油儲罐液位測量的工況要求
          易燃易爆和粘附性是原油的典型特點,因此在液位開關的選用上,首先要滿足防爆資質,其次應具有一定的抗粘附性能。為了避免發生液位到了報警點位置,液位開關無動作或誤動作從而增加原油儲罐泄漏和抽癟的風險,儀表的高可靠性是對用于原油液位測量液位開關的基本要求。
          二、各種不同液位開關的優劣對比
          液位開關種類眾多,較為常用的有浮球液位開關、電容式液位開關、外貼式液位開關以及音叉液位開關,下面就這幾種常見液位開關的原理和優缺點對比如下:
        常見液位開關對比表

        儀表名稱

        測量原理

        優缺點

        防爆

        價格

        浮球液位開關

        利用浮球液位開關的磁性浮子隨液位升或降,使傳感器檢測管內設定位置的干簧管芯片動作,發出接點開(關)轉換信號。

        結構簡單、使用方便,容易出現浮球卡頓現象。

        滿足隔爆要求。

        電容式

        液位開關

        電容物位測量原理基于電容器的電容變化量工作。探頭和罐壁形成電容器,電容值取決于罐體內的介質體積:空罐的電容值較小,滿罐的電容值較大。通過檢測這一物理量的變化儀表輸出開關信號。

        防輕微掛料,耐腐蝕能力強,校準困難、精度差。

        滿足隔爆、本安防爆要求。

        適中

        音叉液位開關

        采用壓電器件實現叉體的振動驅動與檢測。當叉體與被測液體接觸時,叉體的諧振頻率明顯降低,振動頻率的變化直接反應在壓電檢測器件的輸出信號上,檢測電路對頻率的變化進行判別并輸出一個開關信號。

        不受介質屬性影響,安裝簡單,無需標定即可使用,無磨損和損耗,免維護,具有一定的防粘附保護。

        滿足隔爆、本安防爆要求。

        適中

        外貼

        液位開關

        采用“變頻超聲波技術”實現非接觸式液位測量,儀表探頭發射超聲波,并檢測其在容器壁中的余振信號,當液體液位上升到探頭區域時,余振信號的幅值變小,并轉變成一個開關信號。

        無需工廠停車清罐,不影響生產,安裝要求高,參數丟失引起誤報。

        滿足隔爆、本安防爆要求。

          從上面各液位開關的對比可以看出,由于原油的粘度高,使用浮球液位開關極易致浮球卡頓失效,其在自動化過程控制領域偏向于低值易耗品。同樣掛料問題也會在電容式液位開關上出現反復,加上其需要根據特定的介電常數去調節儀表的靈敏度,調校困難、精度較差。相較接觸式液位開關,采用非接觸的外貼式液位開關可以避免上述問題,但是在液面波動較大的情況下,回波信號易受干擾加上價格較為昂貴,未有很好的應用效果。音叉液位開關采用整體化的結構,設計上沒有活動部件,不會出現類似浮球液位開關卡頓的情況,并且不受液面波動以及介質的介電常數影響,無需額外標定,即裝即用。

          三、音叉液位開關的選型與應用
          相比浮球液位開關和電容式液位開關,音叉液位開關的抗粘附能力較強。但是不少用戶對音叉液位開關抗粘附能力到底有多強提出過疑問,例如新疆某石油單位在咨詢時就曾反饋,其在使用國內某廠家的音叉液位開關測量原油儲罐液位時,就發生過掛料誤報警的情況。
          經與用戶溝通確認,其使用的音叉開關是目前國內大多數廠家普遍采用的固液通測的音叉開關,叉體結構設計長度一般在100mm左右,通過犧牲某些參數來達到固液兩測的效果。但由于其叉體未經過精密調諧,完全靠壓電陶瓷驅動,一方面功耗較大、安全性低,另一方面在輕微掛料的情況下無法再次啟振,進而輸出錯誤的報警信號。
          與國內大多數音叉液位開關不同的是,計為Ring-11音叉液位開關的叉體長僅40mm,經過精密調諧的兩個叉體振動特性完全對稱,實現完全共振,可測介質密度低至0.5g/cm3,能提供高于同行標準的抗粘附保護。與此同時,計為Ring-11音叉液位開關滿足多種防爆要求(隔爆:Ex d IIC T6、本安防爆:Ex ia IIC T6),安全可靠,非常適合在石油化工行業應用,是石油、石化領域液位控制的信賴之選。計為Ring-11音叉液位開關在新疆某石化單位一期技改項目批量應用至今,設備運行良好,深受用戶好評。


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