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磁致伸缩液位计-油罐监测常用选型



摘要:在石油石化企业的油库中, 均建有大量不同种类的大型储罐。企业的生产及管理部门每天都需要掌握罐内存储介质的液位、温度等重要数据, 既要保证数据的准确和及时, 又要确保储罐的安全, 防止意外事故的发生。基于本公司多年来为广大客户提供自动化仪表及监测系统的经验, 介绍一种以磁致伸缩液位仪为核心的油罐监测系统。通过总线及网络系统管理储罐油品的各项数据。该系统具有较高的灵活性和可靠性。

  遍布全国大大小小的石化企业广泛使用油罐储存原油或成品油, 对易燃易爆的原油, 罐区内油罐的液位、温度、压力等参数的测量准确性、可靠性至关重要, 这些危险源是导致重大危险事故的客观因素。建立有效的油罐区安全监测管理系统是当前罐区安全生产的重要保证。本文以公司多年为广大客户提供液位计及现场监测系统经验, 介绍一种基于磁致伸缩液位计的油罐监测系统。该系统安装简单, 维护量小。具有如下优势:

(1) 以磁致伸缩液位仪为核心实现储罐液位、温度基础信号的测量;

(2) 辅以浮球开关实现罐高位、低位报警信号输出;

(3) 测量数据能自动存入后台数据库, 可以方便地查阅实时数据和历史记录曲线等。

(4) 通过网线上局域网亦可通过Internet网进入开放网络, 实现远程管理。

磁致伸缩液位计的技术优势
 
  磁致伸缩液位计适合于高精度要求的清洁液位的液位测量,精度达到1mm,***新产品精度已经可以达到0.1mm。磁致伸缩液位计还可应用于两种不同液体之间的界位测量量。防爆型设计,适合危险场合,智能电子线路设计可计算出容积量;可动部件为浮子,维护量极低。
 
磁致伸缩液位计的优点
1.可靠性强:采用波导原理,无机械可动部分,故无摩擦,无磨损。整个变换器封闭在不锈钢管内,和测量介质非接触,传感器工作可靠,寿命长。
2.精度高:由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作,工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量,因此测量精度高,分辨率优于0.01%FS。
3.安全性好:磁致伸缩液位计的防爆性能高,可实现本安防爆或隔离防爆,特别适合对化工原料和易燃液体的测量。
4.易于安装和维护简单:磁致伸缩液位仪一般通过罐顶已有管口进行安装,特别适用于地下储罐和已投运储罐的安装,并可在安装过程中不影响正常生产。
磁致伸缩液位计的测量原理
 
  传感器工作时,传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流,该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在磁致伸缩液位计的传感器测杆外配有一浮子,此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。在浮子内部有一组磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场想遇时,浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲,这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以地确定浮子所在的位置,即液面的位置。
 
磁致伸缩液位计的性能指标:
  量 程:0~25000mm
  精度:±0.3mm
  分辩率:0.1mm
  环境温度::-25℃~70℃
  液体温度:-25℃~150℃
  过程接口:3/4″NPT
  电源:DC24V
  输出信号:4~20mA,二线制/四线制,
  温度测量:-25℃~70℃
  温度误差:±0.5℃
  防爆等级:ExiaⅡBT4
  通讯:RS-485,RS-232,Modbus,Hart等协议,可配CAN总线或按用户要求。
※注:结合使用要求可以配制的相应管理系统软件,可实现显示各介质液位高度、温度、体积、质量、密度等参数,并可自动生成报表及打印、网络配送、远程监控等先进的管理功能
 
磁致伸缩液位计的应用指南
 
  用于石油、化工原料储存、工业流程、生化、医药、食品饮料、罐区管理和加油站地下库存等各种液罐的液位工业计量和控制,大坝水位,水库水位监测与污水处理等等。

1、监测系统组成:

1.1、磁致伸缩液位计:

(1) 磁致伸缩液位计工作原理

  磁致伸缩液位计是利用韦德曼效应, 通过现代先进的电子技术手段, 精密的计测发射脉冲和回波脉冲间的时间值, 达到测量液体液位的目的。传感器工作时, 传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流, 该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在传感器测杆外配有一浮子, 浮子沿测杆随液位的变化而上下移动。在浮子内部有一组磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时, 浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲, 这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量发射脉冲电流与扭转波的时间差可以地确定浮子所在的位置, 即是液面的位置。

(2) 磁致伸缩液位计的优势
  同时实现液位、界位、温度等多参数的测量;测量范围大, ***大测量范围可实现20m;计量级产品, 测量精度高, 能高达±1mm;利用纯电子技术测量, 因而没有磨损, 安全可靠, 使用寿命长;测量精度不受容器形状和容器内蒸汽等因素影响;无需定期标定, 易安装、维护无需清罐;多种信号输出, 易于实现系统的监控功能;产品设计符合防爆标准要求, 实现隔爆及本安认证。

(3) 现场安装示意图 (见图1)

图1 磁致伸缩液位计现场安装示意图

图1 磁致伸缩液位计现场安装示意图

  磁致伸缩液位计由于设计测量范围的不同, 分为2种结构。一种为刚性杆, 这种结构测杆为不锈钢材质, 不能弯曲, 所以测量范围一般<4m, 主要为运输及现场安装考虑, 如刚性杆太长, 运输及安装成本及难度都将提高;为解决该问题, 该公司用另一种柔性杆结构, 该结构同样为不锈钢材质, 能够弯曲, 方便盘装, 在运输及安装的时候都很方便, 对于稍长的测杆 (≥4m) 建议客户定制为柔性杆。

1.2、浮球液位开关:

(1) 工作原理

  UQK系列防爆浮球液位开关是基于浮力原理设计的, 当容器内液位发生变化时, 浮球将随页面浮动而产生位移, 这种位移经连杆机构作用于微动开关, 使其动作产生开关量信号, 属于一种纯机械开关类仪表。具有很高的可靠性, 一般用于各种液位报警场合。

(2) 现场安装示意图 (见图2)

图2 UQK系列防爆浮球液位开关

图2 UQK系列防爆浮球液位开关

  UQK系列防爆浮球液位开关由于采用纯机械原理, 具有非常高的可靠性。

1.3、监测软件:

  定制油库监测系统, 早期采用VB软件开发, 开发周期较长, 且现场调试较复杂, 对人员要求较高。通过近几年的发展, 为提高生产的效率, 缩短开发周期, 逐渐采用组态技术开发监测系统, 大大提高生产效率, 同时增加了系统的灵活性, 现场调试时间大大缩短。得到广大客户的认可。

(1) 组态软件

  组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。组态软件将复杂的工控技术, 特别是将繁重而冗长的编程简单化, 使得工控开发变得简单而高效, 且大幅度缩短了开发时间, 使工控技术得到快速发展。目前较组态软件, 国外主要有:In Touch、IFix、Citech等;国内主要有:力控科技、组态王、MCGS等。该公司开发的监测系统是基于MCGS的组态系统。

(2) 组态软件的优势

1) 高度开放的接口

  第三方组态软件与各家硬件所推广的监控软件相比较, 组态软件开放的多, 只要能够确定通讯协议, 不论什么样的现场总线或是OPC以及自定义的通讯格式, 都能够通过增加相对应的驱动, 连接到组态软件设备上, 直接进行监测控制。这样用户就能够随意的选择各家的硬件产品组合自己所需要的控制系统, 构成以组态软件为控制核心的监控系统, 用户也有了***大的选择权。

2) 快捷的界面设计

  与VB、VC编程工具相比, 组态软件更加便捷, 非精通电脑程序的人员也可以轻松的绘制出各种人机界面, 简单的几个操作设计就能够实现***常用的历史曲线跟工作报表以及各种动画。

3) 组态软件被自由的组网方式包围

  由自由的组网方式包围组态软件, 利用网络间多种传输介质, 根据工程的需要, 就能够简便的构建所需网络, 实现真正的分布式结构。

2、系统实现:

  磁致伸缩液位计的输出信号主要包括RS485总线输出及 (4~20) m A两线制电流信号输出, 这两种信号形式的输出在现场实际应用中占90%以上。针对两种信号输出方式分别作系统集成的方案设计。

2.1、RS485信号输出型磁致伸缩液位计的系统集成:

  现场总线和智能仪表的出现标志着工业控制领域进入网络时代, 迅速成为工业控制的主流。目前国际上正在使用的现场总线名目繁多, 如:PROFIBUS、CAN总线, 但其系统造假相对过高, 不太适用于中小型系统的应用。而RS485串行通信总线以构造简单、技术成熟、造价低廉、便于维护等特点广泛应用于工业控制、仪器、仪表等诸多领域。该公司生产的RS485信号输出型磁致伸缩液位计型号为ULC3200, 该仪表能够测量罐内液位值、界位值、5点温度值, 并通过总线以数据帧的方式按照Mod Bus协议输出。该仪表的系统集成方案见图3。

图3 RS485信号输出型磁致伸缩液位计的系统集成方案

图3 RS485信号输出型磁致伸缩液位计的系统集成方案

2.2 、(4~20) m A信号输出型磁致伸缩液位计的系统集成:

  目前国内石油化工市场, 对两线 (4~20) m A仪表需求较多。 (4~20) m A电流环是用4m A表示零信号, 用20m A表示信号的满刻度, 而低于4m A高于20m A的信号用于各种故障的报警。采用电流信号的原因是不容易受干扰。在工业应用中, 测量点一般在现场, 而显示设备或控制设备一般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可达数十至数百米。按100m距离计算, 省去2根导线意味着成本降低近百元!因此在应用中两线制传感器必然是实惠。该公司生产的 (4~20) m A信号输出型磁致伸缩液位计型号为ULC3201。该类型仪表的系统集成方案见图4。

2.3、远距离信号传输的方案设计:

  对于2种信号输出的仪表, 在实际应用中, 对于传输距离有严格的要求, 当传输距离超过1km时, 会增加信号传输存在不稳定性, 影响系统正常运行, 导致系统出现误报现象, 重则数据衰减严重, 无法传输到终端设备。如:RS485总线的通信距离与数据传输速率、传输线的品质有关, 一般工业现场采用较低的波特率, 阻抗匹配、低衰减的专用电缆能够实现1500m的传输距离。工业现场往往现场仪表距监控室较远, 一般都会超过2000m, 多种方案比较, 目前采用光纤传输, 无论价格和现场布线都很方便, 也是目前该公司经常采用的方案。见图5。

图4 (4~20) m A信号输出型磁致伸缩液位计的系统集成方案

图4 (4~20) m A信号输出型磁致伸缩液位计的系统集成方案

 

图5 远距离信号传输的方案设计

图5 远距离信号传输的方案设计

2.4、监测系统界面设计:

  使用组态软件开发的监测系统能够实时监测油罐状态, 如监测油罐油位、水位、温度、液面下平均温度及容积, 重量等参数, 可提供各种报表并具有管理功能;根据油罐状态实时报警, 根据用户提供罐容积表, 校正后自动修正容积量;实时记录保存油罐的历史状态, 查询已发生报警时间的日期和当时参数, 数据能够保持1年;能够设定操作权限管理等。图6为某一现场使用的监测的操作界面。

3、结论:

  液位监测系统, 在实际应用中, 经常监测的数据很多, 比如罐内的压力等, 现场使用的压力表也可以方便的连接进入监测系统;对于大罐而言, 液位仪表往往在罐顶, 如果想现场查看数据, 必须要爬到罐顶去观察, 为减轻现场人员的劳动量, 开发液位仪表的罐旁表, 其安装在罐底, 能够方便的观察罐内监测数据, 同样可以连接进入监测系统。通过多年的现场经验积累, 基于磁致伸缩液位计的油罐监测系统在现场能够长期稳定的运行, 系统灵活方便, 通过简单的培训, 现场人员可进行操作, 得到广大客户的认可。

图6 监测界面示例

图6 监测界面示例