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    球罐液位计及切断阀的选型要点及安装技术要求

    发表时间:2017-02-11   点击次数:  技术支持:15601403222
    一、引言
           球罐为一种大容量、承压的球形储存容器,广泛应用于石油、化工、冶金等部门,它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及丙烷、丙烯、丁烯等低沸点石油化工原料和产品的密闭储存。针对罐区的危险性,国家安全生产监督管理总局发布了Q3036-2010《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》,以进一步规范罐区的安全监控装备。罐区的监控预警参数主要包括罐内介质的液位、温度、压力等,罐区内可燃/有毒气体的浓度、明火以及气象参数和音视频信号等万’〕。在此着重分析较为重要的液位检测及控制。由于球罐的带压性,使普通单法兰液位计不能胜任。双法兰液位变送器虽然经济且简便实用,但出于安全性与安装方面的考虑,对于一些大型的球罐也不太适用。因此,较常用的有雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计等。

       雷达液位计

     1.1雷达液位计
          雷达液位计是一种较、精度较高的液位检测仪表。它根据雷达波从发射到反射接收的时间来测量雷达与液面间的距离,从而求得液位,测量精度不受介质密度、温度、压力的影响,安装、调试简单,只需输入组态数据即可使用。从结构上,雷达液位计总体分为非接触式和接触式两大类。非接触式雷达液位计包括喇叭口天线型、棒式天线型、抛物面天线等;接触式雷达(统称导波雷达)液位计包括杆式和缆式液位计,其中又分为单杆式、单缆式、双杆式、双缆式、同轴式。
           不同系列、型号的雷达液位计适用于不同的工况,除了不能用于有泡沫、悬浮物介质的液位检测外,几乎适用于其它全部球罐液位的测量。但实际应用中有几点值得注意。
           ( 1)为了保证测量精度及对于有搅拌的工况,喇叭口型雷达液位计、导波雷达液位计需安装导波管,并应能抵抗所测介质的腐蚀,还需在其上对称开两排不大于导波管管径1/l0的孔。导波管内壁和流通孔必须光滑无毛刺,安装时,需有一定的垂直度,法兰面水平度需小于l°
            (2)对于易挥发、冷凝的介质,使用棒式天线、抛物面天线等雷达液位计时,介质有可能附着在雷达液位计上,导致其发出和接收的雷达信号失真,液位测量不准,因此这种工况下选择棒式天线、抛物面天线等雷达液位计时需对其进行伴热或吹扫。
             (3)对于接触式雷达液位计,其测量介质的介电常数和粘度很重要,若介质的介电常数较小或粘度较高,则不建议采用接触式雷达液位计。

            1.2磁致伸缩液位计
             磁致伸缩液位计也是近年来球罐常用的液位测量仪表,其检测系统的核心是磁致伸缩传感器。磁致伸缩传感器的核心敏感元件(磁致伸缩线)具有应变值高、电(磁)机械波转换能力强的特点,能将微小的磁场向量变化转变为机械波。磁致伸缩传感器由不锈钢杆(缆)和浮球(或磁环)组成。当电子部件中脉冲发生器产生的电脉冲沿磁致伸缩线传递时,电脉冲电流同时伴随产生一个垂直于磁致伸缩线的环形磁场,并以光速沿磁致伸缩线传递。当这个磁场与浮子(磁环)磁场相遇时,产生一个“返回”脉冲(或称
    “波导扭曲脉冲”)。敏感元件探测到返回脉冲后,将电脉冲与返回脉冲的时间差转换成脉冲信号,计算出浮子的实际位置,从而确定被测液位。
    磁致伸缩液位计不仅精度高、维护量小,而且能用于两种液体间的界位测量,安装在连通管上时可与磁翻板液位计配套使用。但其有以下缺点。
    (1)因为是接触式测量仪表,故只能用于清洁的粘度不高的液体。
    (2)杆式传感器因制作与运输问题,一般不能满足大型球罐液位测量的要求,对此只能用缆式传感器。缆式磁致伸缩液位计可直接安装,但为了保证精确度,可加装导向管或采用外浮筒型,不论采用哪种形式,安装时一定要拉直传感器。

          1.3伺服液位计
         伺服液位计基于力平衡原理,由微伺服电机驱动体积较小的浮子,使其能精确地进行液位或界面测量。浮子用测量钢丝悬挂在仪表外壳内,而测量钢丝缠绕在精密加工过的外轮鼓上,外磁铁被固定在外轮鼓内,并与固定在内轮鼓内磁铁锅合在一起。当液位计工作时,浮子作用于细钢丝上的重力在外轮鼓的磁铁上产生力矩,从而引起磁通量变化,轮鼓组件间的磁通量变化导致内磁铁上的电磁传感器(霍尔元件)的输出电压信号发生变化。被测介质液位变化时会使浮子位置发生改变,其结果是磁锅力矩被改变,使得带有温度补偿的霍尔元件的输出电压发生变化。该电压值与液位计CPU中的参考电压的差值驱动伺服电机转动,带动浮子上下移动重新达到平衡点,当浮子达到平衡点时,差值为零,进而可通过测量外轮鼓的旋转角度计算得到液位的高度值。整个系统构成一个闭环反馈回路,精确度可达士lmmo
          伺服液位计用于球罐时不仅测试精确、调试方便,而且能带压拆卸,这也是与其它直接在罐体开口的液位计相比突出的优点。安装带检修腔的伺服液位计时,在设备法兰口处安装根部阀(根部阀公称直径与检修腔直径相等),当带压检修或拆卸时,利用伺服电机把浮子放至球阀以上的检修观察腔,再关闭球阀,即可实现液位计与球罐的隔离。伺服液位计的选型和安装还应注意以下几点。
         (1)为保证测量的平稳性和准确性,必须加导向管。该导向管需与雷达液位计的导波管基木一致,但其下部应有栅网,以防止浮子漏出。
         (2)设计导向管时可适当加大其管径,以防发生浮子卡挂情况。
         (3)因伺服液位计是接触式检测仪表,故测量介质对其浮子或钢丝有腐蚀性时,应选择其它类型的液位计。
     
         二、切断阀的选型
         为确保球罐内液位高度不超过安全液位并防止在低液位时抽空,球罐液位通过以上方法检测后,将4-}-zom八信号送入集散控制系统(DCS)或紧急停车系统(ESD)。为兼顾系统的安全性和可用性,传感器采取三取二冗余,通过系统组态,当3个传感器中的2个液位达到设定的高高液位时,打开备用球罐的进口切断阀,并关闭此球罐的进口切断阀;同理,当3个传感器中的2个液位达到设定的低低液位时,停抽料泵并切断球罐的出口切断阀。所以为了保证罐区的安全液位,切断阀的选型和控制尤其重要。
         切断阀常用的有球阀和蝶阀等,但蝶阀使用压力和工作温度范围较小且密封性较差,故一般选用球阀。在有条件的情况下优选气动执行机构,这是因为电动执行器动作时间较长,不能满足紧急切断要求。常用的角行程气动执行机构又分为单作用气缸和双作用气缸。单作用气缸在故障状况下通过弹簧进行复位,实现故障开或故障关功能,但弹簧会抵消一部分输出力,并且会增加气缸的长度和重量。双作用气缸适用于大口径阀门或要求执行机构推力特别大的场合,其阀开与阀关都需要压缩空气的推力来执行,也就说,该气动执行器在不加其它辅助设备的情况下,在失气时会保持在某一位置。
         因气动切断阀的驱动为压缩空气,故对气动切断阀的控制即是对压缩空气气路的控制。控制气路主要的元件是电磁阀,辅助元件有保位阀、气控阀、气源储罐等。
    单作用气缸一般配用单电控两位三通电磁阀,它有1个进气孔(接进气气源)、1个出气孔(提供给执行机构的进气口)、1个排气孔。常闭型单电控电磁阀没通电时,进气孔与出气孔间不通,出气孔与排气孔间是通的,也即进气气源没有送入执行机构,气路是断的;常开型单电控电磁阀正好相反。双作用气缸一般配用双电控两位五通电磁阀,它具有1个进气孔(接进气气源)、1个正动作出气孔和1个反动作出气孔(分别为提供给执行机构的一正一反动作的进气口)、1个正动作排气孔和1个反动作排气孔。在使用过程中给常闭的两位五通电磁阀正作用线圈通电则正作用气路接通,给反作用线圈通电则反作用气路接通,两个线圈间做互锁控制。根据文献[3口,安全仪表系统中的电磁阀应采用长期带电型,对于电磁阀长期带电引起的易老化及寿命短问题,可采用低功耗电磁阀且并联冗余配置,这样某个电磁阀故障或不通电并不影响紧急切断阀的位置。但正因为如此,阀门的位置不能通过行程开关体现在控制系统上,电磁阀的好坏还需在巡检时检查其是否发热判断,若发热且非异常发烫,则可确定此电磁阀处于正常工作状态。
         根据工艺要求,气动切断阀有时不仅能实现远程控制,在事故状态或检修时还能实现就地手动控制。现以气开型单作用气缸(即气源故障时气缸内弹簧复位使切断阀关闭)为例,简述如何实现电磁阀断电联锁(正常带电)的切断阀的两地控制。从控制系统来的控制开关量(闭点且带电源)先串联现场控制开关(闭点)再串联电磁阀,这样,在突发异常情况时,不论是控制系统开关量断开,还是现场控制开关断开,都能使切断阀关闭。但是,在控制系统事故状态(即控制系统断开)下,现场开关将起不到开关切断阀的作用,故需在控制系统开关量处并联现场旁路联锁开关。此联锁开关在开车或检修时需根据实际情况确定其状态,其余情况下均为打开状态,即保证控制系统的开关量能起到控制作用,这样才能真正实现切断阀的两地控制。
     
         三、结束语
         球罐区液位的检测和控制关系到整个工厂的生产安全,若液位危险状况处理不及时,则会危及财产、人身安全。木文根据仪表选型设计经验,从液位计的选型、切断阀的选型及控制等方面进行了讨论,给相关部门人员提供参考。

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