ELL外测液位计在苯储罐上使用案例与原理说明
0 引言
安全生产是一项长期、艰巨、复杂的系统工程, 通常是企业生产的薄弱环节, 安全、环保的绿色生产方向一直是化工企业追求的目标。同时, 提高生产效率, 降低工厂操作人员的劳动强度也是企业始终努力的方向[1]。
湖南岳阳巴陵石化隶属中石化旗下是特大型石化联合企业和国内***大的己内酰胺、SBS、环氧树脂和环己酮生产基地, 主要产品有稀释剂、SBS、环己酮、环氧树脂、汽柴油、己内酰胺和尿素等160多种, 各种易燃、易爆、剧毒的化学品繁多。因此, 安全生产、绿色经营更是企业的首要工作。
1 背景介绍
公司8号沟罐区, 是各种易燃、易爆、剧毒的化学品的集中储存罐区, 属于一级要害罐区, 其中有Q801~Q807, 7个1000m3球型储罐储存苯。苯在常温下为一种无色、有甜味的透明液体, 具有强烈的芳香气味, 其密度为0.88g/ml, 小于水, 但其分子质量比水重, 难溶于水。苯可燃, 毒性较高, 是一种致癌物质。苯的沸点为80.1℃, 熔点为5.5℃。
在苯储罐的液位测量中, 以前通常使用钢带液位计、差压液位变送器等, 但这些仪表的共同特点, 都必须跟介质接触。因为苯可燃、毒性较高, 且介质经常含水, 故这些仪表都出现了使用测量不准、维修不方便不安全等问题。
2012年罐区技术改造, 公司下决心采用一种更安全、可靠的仪表测量苯球罐液位。公司集思广益, 根据以往测量球罐液位经验, 考察、分析各种液位计的原理、优缺点及性价比[5]。
2 几种液位计的比较 (如表1所示)
罐区技改之前, 公司Q801~Q805储罐使用钢带液位计, Q806~Q807储罐使用差压液位计。
2.1 钢带液位计
1) 原理:此种液位计依据阿基米德原理 (也称浮力原理) , 是一种***传统的液位计。它主要是由罐內浮盘、钢带和罐外变送器组成, 浮盘浮于罐內液面, 随液位的升降而上下移动, 带动钢带, 钢带连接罐外变送器, 变送器根据钢带的位移读出液位高度。
2) 优点:结构简单、安装相对简单。
3) 缺点:
(1) 由于冬季苯凝结, 需要加热, 加热后的苯蒸气沿着钢带导管进入表体凝结, 造成仪表冻住不能使用。
(2) 日常检修时, 因表体通过导管与罐内连通, 使得表体存在苯气体, 存在较大的安全隐患。
(3) 需要打空储罐标零。
(4) 安装维护需要开罐、设备需要停用。
2.2 差压液位变送器
1) 原理:差压液位变送器就是通过测量高、低压力差, 再由转换部件转换成电流信号传送到控制室的电器元件来显示液位。差压式液位计主要用于密闭有压容器的液位测量, 把容器内低位置有液体 (液相) 的压力和高位置无液体 (气相) 的压力差转换成液位高度。
2) 优点:
(1) 精度高。
(2) 重量轻、坚固抗振。
(3) 量程、零点外部连续可调。
(4) 无机械可动部件, 维修工作量少。
3) 缺点:
(1) , 受温度变化影响大, 有时冬季需要加伴热。
(2) , 需要经常检查引压管, 防止漏水、冷凝、蒸发和堵塞。
(3) , 结晶、沉积物易堵塞引压管。
(4) , 液面高度直接和罐内介质密度有关, 由于从装置输送过来的苯含水, 并且每次含水量不同, 使得罐内液位密度经常发生变化, 而仪表内部参数密度设的固定值。当罐内介质密度发生变化时, 计算出来的液位就不能反映罐内的真实液位, 引起差压测量误差。
(5) , 安装和维护时需要停车、清罐、拆卸。
苯具有特殊的物理特性且工艺问题 (介质含水) , 使得上述两种液位计均无法达到满意的测量效果。
2012年7月对Q801~Q807, 7个储罐液位测量设备进行了技术改造, 考察并选用了西安定华电子有限公司的ELL外测液位计。
表1 各种液位计的比对Table1 Ratio of liquid level meter
3 ELL外测液位计原理[2-4]
ELL外测液位计是一种利用声纳测距原理, “微振动分析”技术和“精度自动校准”技术, 是“完全非接触式”液位测量仪表。
3.1 声纳测距原理
声纳就是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备, 声纳测距是利用声波反射识别技术。
声纳技术至今已有100年历史, 它是1906年由英国海军刘易斯·尼克森所发明。
声纳测距原理是ELL外测液位计外测液位的基础。
由吸附于储罐底部的液位测量头发射声波, 穿透罐壁在罐内液体介质内传播, 到达液面反射形成回波, 回波信号到达罐底, 穿透罐壁, 再由液位测量头接收返回的声纳信号, 传回主机, 主机根据公式:距离 (D) =速度 (S) ×时间 (T) 计算, 得出液位。其中:
距离 (D) :要得到的液位高度。
速度 (S) :声波在液体介质内的传播速度, 不同的介质内声波的传播速度不同。
时间 (T) :声波在液体中形成回波的时间。
3.2 精度自动校准技术
自动校准技术是ELL外测液位计测量的保证。
当同一种液体介质的温度变化较大, 液体成分、密度变化较大时, 会对液体内声波的传播速度产生较大影响, 由此带来测量误差, 为了确保仪表的测量精度, 可在容器内加装校准器, 用校准测量头测量校准器内液柱的标准长度, 标准长度是1m, 可通过速度 (S) =距离 (H) /时间 (T) , 得到声波在校准器内液体里的传播速度。
由于校准器内液体和容器内液体连通, 因此, 校准器内液体温度、成分和容器内液体一致, 声波在其中的传播速度也相同。所以, 可以得到当前环境下声波在容器内介质里准确的传播速度, 仪表会自动选用修正后的声波传播速度进行计算, CPU会根据该结果计算出液面的准确高度, 这样得出的液面高度就不会受到液体温度和成分变化的影响。
自动校准原理实际上就是在容器上找出一段已知长度作为标尺, 对外测液位计进行自身校准, 来保证在任何工况下都能高精度测量液位。如果容器内无条件加装校准器, 可以将容器已知的确切直径作为标尺来实现自动校准。
3.3“微振动分析”技术
“微振动分析”技术是西安定华的核心专利技术, 是ELL外测液位计可靠运行的保证。
由于一些储罐工况复杂, 例如:不同的罐型、不同的罐内沉积程度、不同的介质特性;进、出料速度很快, 造成强烈冲击, 罐内液面会形成剧烈波动;介质挥发性强, 液面形成汽、液混合;储罐常年未清理, 罐内底部沉积物过厚等, 这些都会造成吸附于罐壁外的液位测量头接收到的回波信号不液面信号, 还有一些其他干扰信号, 会干扰仪表得到真实液面形成回波的时间, 计算出虚假液位。“微振动分析”技术的ELL外测液位计会自动判断正确的液位信号, 并始终跟踪该信号显示准确的液位。另外, 声纳信号在穿透容器壁时会有大幅衰减, 在不同的液体内的传播速度会发生改变, 从而影响对液位的测量。“微振动分析”技术通过先进的智能化处理方法, 可以***大限度的排除干扰信号, 分析、判断出真实液位信号, 并始终锁定此信号显示液位。
4 ELL系列外测液位计的优势[6]
1) ELL外测液位计的技术优势。
2) 消除容器壁余震干扰。
3) 消除多重回波干扰。
4) 消除虚假回波干扰。
5) 克服了声纳信号穿透容器壁的大幅衰减。
6) 介质成分变化对声速影响。
7) 性能稳定可靠。
8) 结果。
9) 智能化。
10) 应对各种复杂现场工况。
5 ELL外测液位计在灌区的实际应用
5.1 ELL外测液位计现场安装 (见图1)
5.1.1 主机安装[7]
ELL-FI外测液位计主机安装十分简单, 在苯球罐附近立一根2″碳钢管, 高度1m~1.2m, 仪表机架通过U型卡固定在2″立管上, 仪表主机和防爆接线盒固定在仪表机架上。仪表主机位置一般选在校准测量头下方, 并便于仪表安装和日常观察、维护的位置。
5.1.2 探头安装[8]
液位测量探头的安装需要选择液位信号***合适的位置, 探头安装的质量直接影响仪表的使用效果。安装探头时必须有针对性地选择合适的安装方案。大体来说需要遵循以下几点原则:
1) 对于铁磁性材质的容器, 探头安装位置罐壁打磨平整, 探头工作端面涂上耦合剂并用强力磁环将探头直接吸附在容器底部即可。
2) 液位测量探头指向须与所测液面尽量垂直, 且正上方无管道等遮挡物。
3) 液位测量探头避开进液口, 以避免进液冲击使液面剧烈波动影响测量。
4) 高于出液口或排污口, 以避免罐底长期沉积污物对测量的影响.如不满足条件, 则应有措施保证定期清除罐底污物。
5) 校准测量头安装在罐体外部半径高度 (赤道) 的位置。
图1 苯储罐ELL-FI型仪表安装图Fig.1 Benzene storage tanks ELL-FI-typical drawing for instrument fabrication
6) 容器壁上的安装面尺寸应不小于Ф100的圆面, 不应有漆块、锈渣, 尽量光洁。
5.2 ELL外测液位计应用情况
自从引进ELL外测液位计进行苯储罐液位测量以来, 仪表运行稳定, 且测量、维护简单、操作容易。罐区彻底杜绝了由于仪表的原因造成的苯泄漏, 以及因泄露检修、更换而造成系统停车, 仪表维护工作量大大下降。仪表的标准远传输出, 直接实时将液位高度送到DCS, 仪表人员坐在屏幕前就能直观地掌握本储罐的液位情况。
6 结束语
根据ELL外测液位计在苯储罐上的实际应用效果, 和对ELL外测液位计的深入了解, ELL外测液位计真正实现了“隔离式测量”, 现场安装不动火、不开孔、不停产, 是绿色环保的仪表, 尤其适合在易燃、易爆和剧毒化学品储罐区的技改。ELL外测液位计在石油化工企业的罐区液位管理中具有很好的使用价值, 填补了一项能够实现在线安装、不停车仪表的空白。