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化工行业

音叉液位开关在原油储罐液位测量中的应用

  原油储罐作为炼油化工重要的储存单元在石油化工行业有着广泛的应用。根据《国家安全监管总局关于进一步加强化学品罐区安全管理的通知》(安监总管三〔2014〕86号)规范要求,油罐除应安装液位连续测量仪表如雷达液位计、差压变送器等外,罐壁外侧还应安装液位开关作高低液位报警。
  以原油管道输油站的储罐区内的油罐为例,每座油罐罐壁外侧安装2个液位开关,分别用于检测油罐高高和低低液位,同时参与储油罐联锁保护,与进出油罐管道上的电动阀门构成联锁功能。当管道油品进入油罐并且到达液位高高报警时,联锁关闭进油罐管道上的电动闸阀。当管道原油流出油罐并且到达液位低低报警时,联锁关闭出油罐管道上的电动闸阀。
  一、原油储罐液位测量的工况要求
  易燃易爆和粘附性是原油的典型特点,因此在液位开关的选用上,首先要满足防爆资质,其次应具有一定的抗粘附性能。为了避免发生液位到了报警点位置,液位开关无动作或误动作从而增加原油储罐泄漏和抽瘪的风险,仪表的高可靠性是对用于原油液位测量液位开关的基本要求。
  二、各种不同液位开关的优劣对比
  液位开关种类众多,较为常用的有浮球液位开关、电容式液位开关、外贴式液位开关以及音叉液位开关,下面就这几种常见液位开关的原理和优缺点对比如下:
常见液位开关对比表

仪表名称

测量原理

优缺点

防爆

价格

浮球液位开关

利用浮球液位开关的磁性浮子随液位升或降,使传感器检测管内设定位置的干簧管芯片动作,发出接点开(关)转换信号。

结构简单、使用方便,容易出现浮球卡顿现象。

满足隔爆要求。

电容式

液位开关

电容物位测量原理基于电容器的电容变化量工作。探头和罐壁形成电容器,电容值取决于罐体内的介质体积:空罐的电容值较小,满罐的电容值较大。通过检测这一物理量的变化仪表输出开关信号。

防轻微挂料,耐腐蚀能力强,校准困难、精度差。

满足隔爆、本安防爆要求。

适中

音叉液位开关

采用压电器件实现叉体的振动驱动与检测。当叉体与被测液体接触时,叉体的谐振频率明显降低,振动频率的变化直接反应在压电检测器件的输出信号上,检测电路对频率的变化进行判别并输出一个开关信号。

不受介质属性影响,安装简单,无需标定即可使用,无磨损和损耗,免维护,具有一定的防粘附保护。

满足隔爆、本安防爆要求。

适中

外贴

液位开关

采用“变频超声波技术”实现非接触式液位测量,仪表探头发射超声波,并检测其在容器壁中的余振信号,当液体液位上升到探头区域时,余振信号的幅值变小,并转变成一个开关信号。

无需工厂停车清罐,不影响生产,安装要求高,参数丢失引起误报。

满足隔爆、本安防爆要求。

  从上面各液位开关的对比可以看出,由于原油的粘度高,使用浮球液位开关极易致浮球卡顿失效,其在自动化过程控制领域偏向于低值易耗品。同样挂料问题也会在电容式液位开关上出现反复,加上其需要根据特定的介电常数去调节仪表的灵敏度,调校困难、精度较差。相较接触式液位开关,采用非接触的外贴式液位开关可以避免上述问题,但是在液面波动较大的情况下,回波信号易受干扰加上价格较为昂贵,未有很好的应用效果。音叉液位开关采用整体化的结构,设计上没有活动部件,不会出现类似浮球液位开关卡顿的情况,并且不受液面波动以及介质的介电常数影响,无需额外标定,即装即用。

  三、音叉液位开关的选型与应用
  相比浮球液位开关和电容式液位开关,音叉液位开关的抗粘附能力较强。但是不少用户对音叉液位开关抗粘附能力到底有多强提出过疑问,例如新疆某石油单位在咨询时就曾反馈,其在使用国内某厂家的音叉液位开关测量原油储罐液位时,就发生过挂料误报警的情况。
  经与用户沟通确认,其使用的音叉开关是目前国内大多数厂家普遍采用的固液通测的音叉开关,叉体结构设计长度一般在100mm左右,通过牺牲某些参数来达到固液两测的效果。但由于其叉体未经过精密调谐,完全靠压电陶瓷驱动,一方面功耗较大、安全性低,另一方面在轻微挂料的情况下无法再次启振,进而输出错误的报警信号。
  与国内大多数音叉液位开关不同的是,计为Ring-11音叉液位开关的叉体长仅40mm,经过精密调谐的两个叉体振动特性完全对称,实现完全共振,可测介质密度低至0.5g/cm³,能提供高于同行标准的抗粘附保护。与此同时,计为Ring-11音叉液位开关满足多种防爆要求(隔爆:Ex d IIC T6、本安防爆:Ex ia IIC T6),安全可靠,非常适合在石油化工行业应用,是石油、石化领域液位控制的信赖之选。计为Ring-11音叉液位开关在新疆某石化单位一期技改项目批量应用至今,设备运行良好,深受用户好评。


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