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　　摘要：液位監(jiān)控及連鎖是石化企業(yè)安全生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，液位開關(guān)是保證這一重要環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備，液位是否能被準(zhǔn)確監(jiān)控，連鎖動作是否可靠直接取決于液位開關(guān)的性能好壞。本文簡要敘述了幾種常見液位開關(guān)工作原理優(yōu)、缺點，并詳細(xì)論述了ELL-SA外測液位開關(guān)的測量原理及其特點，并結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場情況介紹了安裝方法；通過幾種液位開關(guān)的比對，可作為用戶根據(jù)自身工業(yè)現(xiàn)場情況選用合適液位開關(guān)的參考。
　　
　　關(guān)鍵詞：液位監(jiān)控、連鎖、液位開關(guān)、浮球式、光電式、超聲波、外測式液位開關(guān),丁辛醇儲罐,變頻超聲波技術(shù)、變頻變幅、微振動分析
　　
　　The Application of External Liquid Level Switch in the?Butanol and Octanol Tank
　　
　　Zhanghongfei，Liangdong
　　
　　(PetroChina DAQING Petrochemical Pompany，Heilongjiang，Daqing)
　　
　　Abstract: This paper briefly describes the measuring principle and characteristics of the external liquid level switch, and introduces the installation method according to the actual conditions on site，which has a certain significance of application.
　　
　　Keywords: external liquid level switch，butanol and octanol tank，frequency conversion ultrasonic technology
　　
　　一、引言
　　
　　安全工作是企業(yè)生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，也是國家財產(chǎn)和人民群眾生命健康安全的根本保障。石油化工行業(yè)的特點是生產(chǎn)工藝復(fù)雜、設(shè)備高溫高壓、原料和產(chǎn)品易燃易爆，因此安全工作在石化企業(yè)的各項工作中處于首要位置。石化企業(yè)中有四大zui重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)，液位、壓力、溫度和流量，液位作為四大重要數(shù)據(jù)之一，對于它的監(jiān)控在石化企業(yè)安全生產(chǎn)中有著舉足輕重作用。
　　
　　近幾年，隨著我國石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，石化企業(yè)安全生產(chǎn)面臨著許多新的形勢，特別是近年來重大事故頻發(fā)，使國家和社會各界對石油化工企業(yè)的安全生產(chǎn)提出了更高的要求。SIS系統(tǒng)（安全儀表系統(tǒng)）在石化企業(yè)得到了越來越廣泛的運用，不僅可實現(xiàn)液位到達(dá)監(jiān)測位置報警，而且可連鎖動作相關(guān)設(shè)備，這樣也就對液位開關(guān)的可靠性、穩(wěn)定性、性以及簡便性提出了更高的要求。
　　
　　大慶石化公司丁辛醇裝置于1986年6月18日建成投產(chǎn)，裝置以丙烯、合成氣為原料，采用Davy/DOW低壓羰基合成工藝技術(shù)生產(chǎn)2-乙基己醇和正丁醇，同時副產(chǎn)異丁醇。2012年裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造，羰基合成系統(tǒng)由氣相循環(huán)改為液相循環(huán)，原裝置后部系統(tǒng)變?yōu)槎〈忌a(chǎn)線，同時增加一條辛醇生產(chǎn)線。
　　
　　在丁辛醇裝置的生產(chǎn)中，其zui終產(chǎn)品和中間產(chǎn)品都屬于液體，很多具有易燃易爆、易揮發(fā)、有毒性、有刺激性氣味等特點，裝置設(shè)有儲罐區(qū)域。為了防止空罐和冒罐，公司投產(chǎn)以來用了幾種液位開關(guān)，浮球式、光電式液位開關(guān)，由于這兩幾種液位開關(guān)是插入式，需在罐上開孔，造成罐區(qū)周圍長期存在異味，由于各自的局限性，有時開關(guān)誤報，導(dǎo)致連鎖動作失誤。之后又選用了西安定華的ELL變頻超聲波液位開關(guān)。
　　
　　二、幾種開關(guān)的工作原理
　　
　　2.1、浮球式液位開關(guān)的工作原理
　　
　　利用浮球液位開關(guān)的磁性浮子隨液位升或降，使傳感器檢測管內(nèi)設(shè)定位置的干簧管芯片動作，發(fā)出接點開（關(guān)）轉(zhuǎn)換信號。
　　
　　在密閉的非導(dǎo)磁性管內(nèi)安裝有一個或多個干簧管，然后將此管穿過一個或多個中空且內(nèi)部有環(huán)形磁鐵的浮球，液體的上升或下降將帶動浮球一起上下移動，從而使該非導(dǎo)磁性管內(nèi)的干簧管產(chǎn)生吸合或斷開的動作，從而輸出一個開關(guān)信號。
　　
　　2.2、光電式液位開關(guān)的工作原理
　　
　　光電液位開關(guān)使用紅外線探測，利用光線的折射及反射原理，光線在兩種不同介質(zhì)的分界面將產(chǎn)生反射或折射現(xiàn)象。當(dāng)被測液體處于高位時則被測液體與光電開關(guān)形成一種分界面，當(dāng)被測液體處于低位時，則空氣與光電開關(guān)形成另一種分界面，這兩種分界面使光電開關(guān)內(nèi)部光接收晶體所接收的的反射光強(qiáng)度不同，即對應(yīng)兩種不同的開關(guān)狀態(tài)。
　　
　　2.3、ELL-SA變頻超聲波液位開關(guān)的工作原理（如圖一）
　　
　　西安定華股份的EL-SAL變頻超聲波液位開關(guān)是擁有的自適應(yīng)“變頻變幅超聲波技術(shù)”， 是指儀表可根據(jù)接收到信號波頻、波強(qiáng)或波長的不同，自動調(diào)節(jié)發(fā)射信號的波頻、波強(qiáng)或波長。
　　
　　1、一個監(jiān)測點用吸附于外罐壁的兩個探頭來實現(xiàn)監(jiān)測，一個是發(fā)射探頭，一個是接收探頭；
　　
　　2、發(fā)射探頭可變頻、變幅發(fā)射超聲波，接收探頭接收沿著罐壁傳播過來的余振信號；
　　
　　3、當(dāng)被監(jiān)測點有液體時，發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波信號會向液體中傳播掉一部分，接收探頭接收到的余振信號經(jīng)過了大幅衰減，幅值會變??；
　　
　　4、當(dāng)被監(jiān)測點無液體時，發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波信號不會在空氣中傳播掉，接收探頭接收到的余振信號衰減很小，幅值會變大；
　　
　　5、接收探頭把接收到的信號傳給主機(jī)，主機(jī)會自動根據(jù)信號幅值的大小等特征判斷被監(jiān)測點有液或無液；
　　
　　6、根據(jù)有液或無液輸出一個開關(guān)量，用于聯(lián)鎖相關(guān)設(shè)備或進(jìn)行聲光報警。
　　
　　圖一、變頻超聲波液位開關(guān)的工作原理
　　
　　三、幾種液位開關(guān)的優(yōu)、缺點比較
　　
　　3.1、浮球式液位開關(guān)
　　
　　優(yōu)點：
　　
　　1、浮球開關(guān)不含容易導(dǎo)致故障發(fā)生和波紋管、彈簧、密封等部件，而是采用直浮子驅(qū)動開關(guān)內(nèi)部磁鐵；
　　
　　2、浮球液位開關(guān)是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、安全可靠的液位控制器。它比一般機(jī)械開關(guān)速度快、工作壽命長；與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)的特點,一只產(chǎn)品可以實現(xiàn)多點控制；
　　
　　3、應(yīng)用廣泛
　　
　　缺點：
　　
　　1、浮球開關(guān)是簡單的被動器件，并且不具有自檢查功能，需要對其進(jìn)行定期檢查與維護(hù)；
　　
　　2、浮球或浮筒物位計是活動部件，因此用在更濃或黏稠液體中時會被弄臟。測量精度較差，黏度<0.8mpa*s時不能工作。對容器內(nèi)壓力、密度、介電常數(shù)有要求、安裝需停產(chǎn)、清罐、開孔、動火。
　　
　　3、安裝位置比較高，維修檢查時必須搭設(shè)腳手架，人員高空作業(yè)；
　　
　　4、浮球式液位開關(guān)配套的閥門、法蘭等處屬于密封點，一旦有泄漏，難于維修，如果切斷閥關(guān)不嚴(yán)，液位開關(guān)無法切出；
　　
　　5、開關(guān)內(nèi)部與罐體連通，充滿介質(zhì)，冬季外部需要保溫伴熱，儀表維護(hù)量較大，另外，伴熱管路復(fù)雜，與現(xiàn)場儲罐整體性不協(xié)調(diào)。
　　
　　3.2、光電式液位開關(guān)
　　
　　優(yōu)點：
　　
　　1、沒有機(jī)械運動部件,可靠性高；
　　
　　? 2、體積小，性價比高；
　　
　　3、液位控制精度高，可重復(fù)性好。
　　
　　缺點：不適用于冷凍液體和結(jié)晶液體。
　　
　　3.3、ELL-SA變頻超聲波液位開關(guān)
　　
　　優(yōu)點：
　　
　　1、技術(shù)：產(chǎn)品采用了西安定華的“微振動分析”信號處理技術(shù)，保證了可靠性和度；
　　
　　2、安全：在測量有毒害、有腐蝕、有壓力、易燃爆、易揮發(fā)、易泄漏的液體時，不使用閥門、連通管、接頭，沒有漏點，不接觸罐內(nèi)的液體和氣體，非常安全。即使在儀表損壞或維修狀態(tài)下，也*引起泄漏、毒害、爆炸的可能。
　　
　　3、安裝、維修方便：安裝維修時不動火，不清罐，不影響生產(chǎn)。
　　
　　4、可靠耐用：傳感器和儀表中無機(jī)械運動部件，并嚴(yán)格密封，與外界隔離，不會磨損或腐蝕。
　　
　　5、適用廣泛：與被測介質(zhì)的壓力、溫度、密度、介電常數(shù)、黏度及有無腐蝕性無關(guān)?？蓮V泛用于石化、化工、油庫、石油、電力、液體儲運、醫(yī)藥等行業(yè)。
　　
　　缺點：對罐體的材質(zhì)要求為不能是非硬質(zhì)材料。對安裝要求較高，測量探頭安裝間距為1米左右，兩個探頭中間不能有焊縫（即在同一塊鋼板上）。
　　
　　四、ELL-SA變頻超聲波的安裝要求
　　
　　ELL-SA外測液位開關(guān)由儀表主機(jī)（變送器）和探頭組成，立罐單點儀表安裝如圖二所示。
　　　　
　　4.1、儀表主機(jī)的安裝要求
　　
　　1、在罐子報警點附近選擇位置，低位報警點在近報警點位置安裝；高位可在罐頂選擇近報警點位置安裝，盡量縮短探頭到變送器距離；
　　
　　2、變送器安裝采用2寸立管固定或安裝儀表保護(hù)箱，立管高度1.2~1.5米。變送器安裝位置盡量選擇便于操作、觀察、人員易到位置；
　　
　　3、避免陽光直射
　　
　　4.2、探頭的安裝要求
　　
　　ELL-SA外測液位開關(guān)能否可靠工作，在很大程度上取決于測量頭的安裝是否正確，對于碳鋼儲罐，測量頭一般采用磁力強(qiáng)力磁環(huán)直接吸附；對于不銹鋼儲罐，則采用膠粘貼或焊接連接底座。
　　
　　1、按報警點在壁上選擇測量頭安裝位置，兩個測量頭間距1000mm，不跨焊縫，距水平焊縫距離大于100mm，距豎直焊縫距離大于300mm，盡量遠(yuǎn)離焊縫；
　　
　　2、罐壁測量頭安裝表面打磨規(guī)范，容器壁上的安裝面尺寸應(yīng)保證為不小于φ80mm的圓面，表面平面度應(yīng)達(dá)到0.15mm，表面粗糙度應(yīng)達(dá)到1.6。安裝面應(yīng)無焊渣、漆塊，使測量頭能夠*緊密地貼附在容器壁上；
　　
　　3、儀表高低位校準(zhǔn)過程中探頭到主機(jī)之間線纜長度要與zui終使用線纜長度一致；
　　
　　4、探頭安裝完畢后，用密封膠可靠密封。
　　
　　五、 實際使用中的效果測試
　　
　　5.1、企業(yè)使用ELL-SA變頻超聲波液位開關(guān)的目的
　　
　　防滲漏，消除罐區(qū)周圍存在異味，液位開關(guān)高位監(jiān)控，可靠連鎖進(jìn)液泵，防冒罐。
　　
　　5.2、要求實現(xiàn)的功能
　　
　　公司對其中的七個儲罐進(jìn)行了改造，由原來的常壓儲罐改為浮頂式儲罐，對配套的儀表同時進(jìn)行了更新改造，應(yīng)用西安定華新型的ELL-SA外測式液位開關(guān)。
　　
　　丁辛醇儲罐直徑12m，高度15.7m，罐壁厚度11mm，高報點（液位高于此位置報警）12m。
　　
　　超過高報點時，DCS室聲光報警器報警，同時連鎖進(jìn)料泵關(guān)閉，停止進(jìn)料。
　　
　　5.3、實際使用效果
　　
　　儲罐進(jìn)料泵啟動，從低液位開始進(jìn)料，ELL-SA變頻超聲波液位開關(guān)繼電器輸出長閉，儀表顯示LO（無液狀態(tài)），當(dāng)儲罐進(jìn)料到12m，儀表顯示由LO變?yōu)镠I（有液狀態(tài)），繼電器輸出由常閉變?yōu)槌ｉ_，連鎖進(jìn)料泵關(guān)閉，進(jìn)料停止，DCS室聲光報警器紅燈亮起，警報響起。七臺ELL-SA變頻超聲波液位開關(guān)全部進(jìn)行了實際測試，均能達(dá)到預(yù)期的使用效果。結(jié)論，ELL-SA變頻超聲波液位開關(guān)的使用效果完夠滿足企業(yè)的要求。
　　
　　六、結(jié)束語
　　
　　通過對ELL-SA變頻超聲波液位開關(guān)在實際工況下的安裝測試，效果十分理想，ELL變頻超聲波液位開關(guān)還具有防爆等級、防護(hù)等級高的特點，有隔爆型（EXd）和本安型（EXia）；有IP67和IP65，因此ELL變頻超聲波液位開關(guān)適用于各種容器各種液體的定點液位測量及報警連鎖，可廣泛用于石化、化工、油庫、石油、電力、液體儲運等行業(yè)，在壓力容器、危險化學(xué)液體、易燃易爆液體等的定點液位測量及報警領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　
　　(1)石油化工自動控制設(shè)計手冊 ISBN 7-5025-2696-X
　　
　　(2) 《外測式液位計在氫氟酸儲罐上的應(yīng)用》,高奉林，《石油化工自動化》，1007-7324（2014）05 0071 03
　　
　?。?）《ELL-SA外測式液位開關(guān)使用說明書》，作者：西安定華電子股份有限公司
　　
　?。?）《西安定華產(chǎn)品選型樣本》，作者：西安定華電子股份有限公司
　　
　　（5）《ELL-SA外測式液位開關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，作者：西安定華電子股份有限公司
　　
　　（6）《超聲波測液位技術(shù)中對提高測試精度的研究》齊建堂，王聰，苗德霖， 陜西省ndt年會-2002
　　
　　（7）《超聲波液位測量方法的研究》莫德舉，劉艷艷-《儀器儀表與分析監(jiān)測》-2007
　　
　?。?）《超聲波液位測量儀的誤差分析與抗干擾措施》李萍-《交通科技與經(jīng)濟(jì)》-2006