罐区工程仪表自动化技术应用.docx

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1、罐区工程仪表自动化技术应用储罐广泛应用于流体工业，用于储存原料、成品及中间产品，在保证装置安全生产、节能减排、提高整体管理水平等方面具有不可替代的作用，国家战略储备也离不开各种类型的储罐。工业储罐一般为钢制储罐,根据储存介质特性及储存温度、压力等参数选择碳钢、低温钢、不锈钢等材料，其他材质如玻璃钢、塑料等由于防火、抗压等因素，不予考虑。储罐按结构形式分为：球罐、卧罐、拱顶罐、外浮顶罐及内浮顶罐。1、储罐LI球罐球罐为大容量、承压的球形储存容器，广泛应用于石油、化工、冶金等流程工业，常用于作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。也可作为压缩气体（空气、氧气、氮气、城市煤

2、气等）的储罐。球罐用于常温、低温或深冷储存。一般用于储存温度下饱和蒸汽压大于大气压的物料。常温球罐，如液化石油气、氮、煤气、氧等球罐。此类球罐的压力较高，取决于液化气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压力。常温球罐的设计温度大于-20。低温球罐，这类球罐的设计温度低于或等于-20,一般不低于TOOC。深冷球罐，设计温度T00以下往往在介质液化点以下储存，压力不高，有时为常压。由于对保冷要求较高，常采用双层球壳。1.2卧罐卧罐容积较小（一般都小于IoOin3）,占地面积大。主要用于酸碱等化学品的储存，在生产装置内也常用于小容量的其他介质（储存温度下饱和蒸汽压大于或等于大气压的物料）的储存。卧罐筒体轴向与

3、地面平行,常用鞍式支座,一般为带压力储存,可承受较高的正压和负压，属压力容器。L3拱顶罐拱顶储罐是指罐顶为球冠状、罐体为圆柱形的一种钢制容器。拱顶储罐制造简单、造价低廉，所以在国内外许多行业应用广泛，最常用的容积为1000-10000mt,国内拱顶储罐的最大容积己经达到30000m拱顶罐一般为低压力储罐或常压储罐，广泛应用于流体工业，常用于乙B和丙类液体，也可用于有特殊储存需求的甲B和乙A类液体储存，国外也有用于大型LNG深冷储存。大型酸碱储罐有时也可选用拱顶罐。根据国标50160对液化燃、可燃液体的火灾危险性分类如下：饱和蒸汽压是指在一定温度下的密闭容器中，当达到气液两相平衡时气液分界面上的

4、蒸汽压，它随温度而变化。对于液化石油气和液化天然气之类，都不是纯净物，而是一种混合物，此时的饱和蒸汽压与混合比例有关，可根据道尔顿定律和拉乌尔定律进行计算。1.4浮顶罐浮顶储罐是由漂浮在介质表面上的浮顶和立式圆柱形罐壁所构成。浮顶随罐内介质储量的增加或减少而升降，浮顶外缘与罐壁之间有环形密封装置，罐内介质始终被内浮顶直接覆盖，减少介质挥发。浮顶罐常用于储存温度下饱和蒸汽压低于大气压的甲B和乙A类液体储存。浮顶罐分为内浮顶罐及外浮顶罐。外浮顶罐，通常用于存储诸如原油、汽油或煤油等有挥发性的石油产品储罐的敞口的圆柱形钢制储罐内，相对于无浮顶的拱顶罐来说没有蒸发的空间。不仅减少产品蒸发损失，同时减少

5、了环境污染，降低了易燃介质与空气混合形成爆炸气体的危险性。储罐壳体与外浮顶浮盘之间存在IOO50OnlnI的间隙以保证运行过程中不会卡盘。使用边缘密封系统以减少边缘蒸发，在浮顶上有中央排水系统以保证雨雪天积水可以顺利排出，避免沉盘事故。内浮顶储罐是带罐顶的浮顶罐，也是拱顶罐和浮顶罐相结合的储罐，外部为拱顶，内部为浮顶。内浮顶储罐具有独特优点：一是与浮顶罐比较，因为有固定顶，能有效地防止风、砂、雨雪或灰尘的侵入，保证储液的质量。同时，内浮盘漂浮在液面上，使液体无蒸汽空间，减少蒸发损失85%96%；减少空气污染，减少火灾、爆炸危险，即使发生火灾一般也不会造成大面积燃烧，易于保证储液质量，特别适合于

6、储存高级汽油和喷气燃料及有毒的石油化工产品；由于液面上没有气体空间，故减少罐壁罐顶的腐蚀，从而延长储罐的使用寿命，二是在密封相同情况下，与浮顶相比可以进一步降低蒸发损耗。内浮顶储罐与拱顶罐相比,钢板耗量比较多，施工要求高;维修不便（密封结构），储罐不易大型化，目前一般不超过IOoOOm）L5罐区的分类流体工业中一般按用途或压力等级将相应的储罐集中布置，称为罐区。按介质和压力等级一般分为常压罐区、球罐区、酸碱罐区及深冷罐区。按用途通常分为原料罐区、中间罐区及成（产）品罐区。在各罐区内再根据储罐类型，介质物性及压力等级、防爆、防火要求等进一步分成不同的罐组。2、罐区设计采用标准规范罐区设计经常采用

7、的国内标准如下：石油化工储运系统罐区设计规范石油化工储运系统泵区设计规范液化烧球形储罐安全设计规范液化天然气（LNG）生产、储存和装运石油化工企业设计防火规范石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范3、罐区及储运的安全运行流程工业用储罐通常都是易燃、易爆、有毒介质，因此罐区的安全生产永远是第一位的，防火、防爆、防溢、防抽空等均需要有相应的措施。对可燃介质、有毒介质应按规范要求设置检测器并将报警信号引入有人值守的现场控制室或消防值班室。现场检测器的设置应考虑介质特性、环境条件、风向等因素，同时应考虑检测器本身的限制。除按防火规范进行罐区布局外,应考虑仪表本身的防火要求，通常采用阻燃电缆、金属槽

8、板敷设或埋地敷设，电缆应从围堰顶部引至围堰外，或采取有效的防火封堵措施。为避免一旦火灾发生后的事故扩大，应在可燃介质储罐的进出口设置紧急切断阀门，并应保证电源故障或气源故障时阀门处于安全位置，并在围堰的出入口处设置紧急关断按钮，该按钮一般以罐组为单位进行设置，即，一旦发生火灾将切断该围堰内的所有进出储罐的阀门，当采用气动阀门时，应采用PvC或尼龙管缠绕阀体。紧急切断阀门必须具有防火结构。通过设置合适的仪表实现储罐的防溢、防抽空，并应考虑仪表失效或误动作带来的后果，根据罐区操作的连续性、危险性，通过二取一、二取二、或三取二等措施来解决。罐区仪表还应根据规范采取合适的防静电、防雷措施。可燃液体储罐

9、的液位、温度、压力等测量仪器仪表，应采用铠装电缆或穿线钢管配线，电缆外皮或配线钢管与罐体应做电气连接。现场安装的仪表应满足环境要求，现场安装的电子式仪表应至少满足IEC60529和国标4208标准规定的IP65的防护等级:非电子式的现场仪表应至少满足IP55的防护等级。所有现场安装的电子式仪表应根据危险区域的等级划分，选用符合IEC60079标准或国标3836标准，具有国家防爆合格证的产品。值得注意的是环境的低温可能增加爆炸力，在国标3836中规定的隔爆认证适用温度为-20C以上，因此当环境温度低于-20C时应有相应措施或采用其他防爆形式。4、罐区及储运的常用仪表储罐是流体工业普遍需要使用的储

10、存设备，主要测量其液位、温度、密度和压力（带压储罐）等参数，据以计算出储液的体积及质量储量，以及进出口阀门的控制，进出流量必要的计量。低温储罐的制冷不在此讨论。储罐一般分为中间罐和贸易罐（原料、成品）两大类。中间储罐仅对液位、温度和压力（带压储罐）等参数进行监测，以防止油罐发生冒顶、抽真空等事故，不需要交接计量；贸易用罐内介质的液位、温度、密度、体积、质量则必须监测和计量，且精度要求很高。不同的体积和种类的油罐，所采用液位计的性能特点也不一样，因此，应根据用户的需要及投资条件，合理选用液位计，以便达到最合理的性能价格比。除计量用仪表，其他仪表的稳定性、可靠性的需求要高于精度的需求。在仪表选型时

11、应根据环境条件（温度、湿度、海拔、海洋气候、风沙等）储罐形式、罐区检修及操作周期，结合全生命周期成本，选择合适的仪表。4.1 液位仪表中国罐区计量一般以重量计算，在正常生产中却需要监视液位，本文着重讨论液位计的选用，并根据储罐形式计算体积量，必要时可采用密度补偿计算其储存质量。常用的储罐液位仪表主要有雷达液位变送器、伺服液位计、钢带浮子液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计、外贴式超声波液位计、差压式液位变送器、浮筒液位变送器、磁浮子液位计、玻璃板液位计、浮标液位计等。储罐液位仪表的精度取决于其用途，作为监视、报警、联锁精度一般选择5mm,就地仪表精度为10mm,作为贸易计量则精度应为1mm。

12、4.1.1 雷达液位计雷达液位仪表是一种不与液体接触、无机械传动部件的仪表，工作可靠，特别适用于高黏度、腐蚀性强的介质，个别产品可用于高温，最大优点是液位测量精度高，一般5mm,高精度可达Imnb特殊的可达0.1mm,一般用于大型储罐，高温、高黏、高腐蚀性介质，响应速度快。当储罐内有遮挡物及搅拌器时也可应用。选用雷达液位计时，应考虑如下参数、储罐类型、介质及物性（介电常数、挥发、沸腾、蒸汽、粉尘、黏附等），操作参数（温度、压力等），测量范围等。雷达液位计发射波分为连续调频和脉冲波（此类仪表又称为微波料位测量仪表）,安装形式分为接触式和非接触式。连续调频波，通过对比反射和当前发射波的频率差，进行

13、信号处理，经傅里叶变换得出距离，从而测出液位高度。脉冲波则采用时域反射技术，通过测量发射脉冲与反射脉冲的时间差，检测液位高度。接触式雷达主要指导波杆/缆型天线，主要应用于介电常数较低的介质，如液化气、液氨等。非接触式雷达主要形式为锥形、水滴形、平面形、喇叭口形、抛物面形等多种天线，主要考虑因素是发射波束角，发射频率，黏附粉尘、介质腐蚀等。由于雷达波的总能量有限制，因此发射频率越低则需要的波束角越大，最常见的是K波段（2426.5GHz）,由于超高频雷达的波束角更小，使其更适合于粉料的测量。测量界面时，要求界面清晰，稳定，介电常数相差较大，一般工业中存在乳化层，且不稳定，因此采用雷达液位计测量时

14、，应精确识别反射波的频谱并辅以大量信号处理才能取得准确的结果。当测量介电常数较低的介质时，也可选用非接触型天线与导波管联合使用。雷达液位计常用的附件有吹扫装置（用于清理天线）、罐旁表（用于显示）。雷达液位计可采用二线制及四线制，可选信号类型有4一2OmADC、HART、FoundationFieldBuSPrOfibUSPA等。雷达液位计常用连接尺寸为4”或6，当选用抛物面等型式天线时应注意其连接尺寸，通常测量范围越大，波束角要求越小，抛物面越大，连接尺寸越大。4.1.2伺服液位计伺服式液位计被广泛用于储罐液位的高精度测量，是一种多功能仪表，既可以测量液位也可以测量界面、密度和罐底。该液位计基

15、于浮力平衡的原理，用一台伺服电机驱动体积较小的浮子，使浮子随液位或界面变化，能够精确测量出液位等参数。伺服液位计适用于各类储罐液位检测、控制，其精度可达0.7mm,通过平均温度计的连接，在计算物料体积时可做温度补偿。伺服液位计可靠性高，故障率比较低。伺服液位计其与计算机联网，具有很强的数据处理能力，经运算处理可以给出油罐计量所需要的各种参数，如液位、界位、体积、密度、质量等。安装分为有导管和无导管两种，需要注意的是，对于浮顶罐、有压罐及带有搅拌器或有严重旋流的储罐都应采用导管安装，导管尺寸通常选用15Omm或200mm。当无导管安装时，仪表安装位置与储罐进料口保持45。-90之间，罐上法兰口中

16、心距罐壁至少500mm,以防止外界温度对测量值的影响，最低测量液位应在进料口上至少500mm,以防介质直接冲击浮子，应避免旋流及波动导致浮子严重摆动。伺服液位计常用的附件有吹扫装置、罐旁表、标定腔、截止阀等。注意在进料初期将浮子拉出，避免损坏。伺服液位计只有四线制，可选信号类型有420mADC.HARTFoundationFieldBusProfibusPA等。伺服液位计常用连接尺寸为6”，当测量范围大于16m时，开口尺寸应为8”。4.1.3外贴式超声波液位计储罐外贴式超声波液位计由主机、探头、金属结构件3部分组成，它主要是用于对铁路罐车、汽车罐车及各类储罐的液位测量。外贴式超声波液位计原理是