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    石化儲罐自動化儀表與工程設計探討

    作者: 來源: 發布時間:2019-03-26 14:47:24

          中心主旨 :石化儲罐的工藝運行特點不同于生產裝置,主要是油品收發過程中的計量和監測,本文主要是從溫度儀表、壓力儀表、液位和界位儀表幾個方面來探討選型方法,并對儀表的工程設計展開討論,力求提升石化儲罐的計量精度和自動化程度。

    1 溫度儀表
         測量儲罐溫度是為了進行溫度補償計算,計量級儲罐的溫度測量應符合 GB/T25964-2010 標準規定。在儲罐溫度測量中,較為常用的測量原件是 Pt100 鉑熱電阻,測量原件為其他類型的情況下也需符合 GB/T21451.4-2008 標準中的相關規定。
         對于固有精度,基于體積的交接計量和基于質量的交接計量zui大允許誤差分別為 0.25 ℃和 0.5 ℃,而在安裝后的精度方面則分別為 0.5 ℃和 1.0 ℃。對于非計量級儲罐的溫度測量儀表,固有精度不允許小于 0.5 ℃,安裝后的精度不允許小于 1.0 ℃。
         在儲罐液位儀表功能包括計算溫度補償的情況下,應將其介入到油水界位信號與多點熱電阻溫度信號之間。現場溫度變送器可用于非計量用的單點溫度測量,以此來信號處理儀表和溫度測量器具之間的距離,以此來保證足夠的抗干擾能力和測量精度。
    2 壓力儀表
         測量低壓儲罐壓力可以選用差壓變送器或者壓力變送器,測量壓力儲罐壓力則應選取壓力變送器。在計量級儲罐的壓力測量中,不同情況的zui大允許誤差如表 1所示。
         在測量非計量級儲罐壓力時,安裝與罐頂的壓力變送器線性誤差應小于 1%,零點誤差不超過 60 Pa,管底的用于密度測量的壓力變送器的線性誤差應小于 0.2%,零點誤差不能超過 150 Pa。
         在液位儀表能實現計算密度補償的情況下,應將液位連續測量儀表介入來進行壓力變送器或差壓變送器信號的介質密度計算。
    壓力變送器的zui大允許誤差
    3 液位和界位儀表
         儲罐液位儀表包括靜壓液位計、磁致伸縮液位計、伺服液位計和雷達液位計等,液位開關類的儀表包括浮子式開關、超聲波開關和音叉開關等,液位開關類儀表也可以采取液位儀表來代替。通常情況下,罐區的液位聯鎖或報警都是通過液位開關來實現,但是在適應應用中很少能超過聯鎖、報警位置,儀表長時間內不會有動作,無法檢測其好壞,也不利于維護,導致其失效情況也不被發現。而液位儀表連續測量過程變量有著更加可靠的性質,能了解儀表的工作狀態和測量信號的實時觀測,此類儀表能應用于要求較高的場合,適應于臥罐、球罐、固定頂罐和浮頂罐等情況。液位測量儀表基于體積的交接計量和機遇質量的交接計量zui大允許誤差,在固有精度情況下分別為 1 mm 和 3 mm,在安裝后的精度上分別為 4 mm 和 12 mm。液位測量儀表應用于非計量級儲罐時,其固有精度應超過 3 mm,現場安裝后的精度用于體積應超過 12 mm,用于質量的應超過 25 mm。
    雷達液位計適應于連續測量烴類物料、輕質油品和重質油品等介質,根據介質特性、儲罐類型、測量范圍和精度來綜合選擇類型。伺服液位計受其測量方法的限制不能用于粘稠液體測量,通常用于連續測量非腐蝕性輕質烴類液體、輕質油品的液位,伺服液位計可配備標定腔,根據需要配備縮徑腔來實現導向,應用在壓力儲罐中還需在儀表與縮徑腔之間安裝球閥,用于切斷維修。
         磁致伸縮液位計通常用于連續測量非腐蝕性輕質油品液面,其液位測量是浮子在導桿或導纜上的滑動實現,無法在粘稠液體中工作。在 LPG 球罐類液體表面測量方面,波長雷達測量的分辨率可能因高密度的氣泡和氣相而存在誤差,則可采用磁致伸縮液位計。為實現混合法計量,計量儀表為磁致伸縮液位計的情況下可選取多變量集成式產品來實現多點溫度、界位和液位等參數測量并輸入罐體信號通信單元。
         在上述三種液位計應用時應配備罐旁指示儀來監視液位測量,部分指示儀具備簡單數據處理、計算、供電和通信等功能。通信信號主要是用于需要高精度測量的場合。從防雷工程設計出發,應配備集成式電涌防護器。儲罐 TCU 在機柜室內采取冗余配置。音叉液位開關使用的介質為運動粘度低于 2 000 mm 2 /s 的輕質油品,應安裝在能接觸介質又不會被碰撞的部位。超聲波液位開關適用于污垢層、內壁無襯里的碳鋼儲罐、重質油品的浮頂罐和液化石油氣球罐,能有效減少容器開口數,安裝應避開焊縫,且保證測量方向沒有障礙。油水界位測量儀表用于介質中存在油水分層的情況,在測量罐底排水截面的情況下要設置單獨的浮力式、射頻導納或電容式儀表。
    4 儀表的工程設計
         在爆炸危險場所,電動儀表的選用應在防爆標準范圍內進行,需取得國際或國家相關防爆檢驗機構頒發的防爆合格證。在儀表防護方面,現場儀表不能低于 GB4208-2008 中的 IP65 標準,對于地下儀表應選取IP68 防護等級。罐區通常不會有苛刻的工藝條件,能平穩運行,較長時間內不會出現工藝事故和運行風險,通常是在工藝需求下設置聯鎖和報警裝置,安全儀表應符合 GB/T50770-2013 相關安全等級規定。從罐區的事故數據分析可發現,主要來自于清罐作業和火災,違章作業而導致的幾率較多,應重點杜絕違章作業,做好雷電災害預防,防止易燃易爆物質泄漏。在有毒氣體和可燃氣體檢測方面,應符合 GB50493-2009 相關規定,但在實際應用中,還需結合設計經驗來選定不同的重點和編制原則,根絕設計分工的不同來調整設計輸入。
         儲罐上儀表的安裝應選取法蘭連接形式,選擇與設備法蘭匹配的形式,特別是球罐的法蘭密封面。對于有特殊要求的伺服液位計和雷達液位計還需要制作導波管來安裝在設備內。儲罐通常為常溫低壓,儀表及過程連接法蘭在壓力等級選取上應大于或等于設備等級,但在伺服液位計和雷達液位計等儀表中,不能隨意提升壓力等級,避免造成選型困難和成本提升。儀表法蘭應在《管道材料等級規定》下選用和安裝。
         在電纜敷設方面,可采用埋地方式敷設來做好防護和防火,應在 SH/T3019-2016 規定下確定敷設方式,如直埋、電纜保護管或電纜溝等形式。如果不方便進行地下敷設,則應采取帶蓋板全封閉金屬槽或是鍍鋅鋼保護管形式。處于防雷考慮應減少非金屬保護管的使用,在潮濕地區選用電子防護功能和強度的鋼材時要考慮銹蝕問題。相對于橋架,電纜槽有著更好的保護功能,如果采取橋架形式則需要選用成本較高的鎧裝電纜。
         在供電方面,控制系統和儀表的直流、交流供電應符合 SH/T3082-2003 相關要求,同時,控制系統配電還應符合 SH/T3092-2013 要求。現場儀表電源使 380 V,220 V 的情況下,則需按對應的設計規范來進行交流配電和供電設計。交流供電方式不能是從控制室、機柜室的儀表朝現場儀表,現場儀表有著較大的電負荷,且距離機柜室遠,較為分散,存在較大的風險和危險,應采取現場交流供配電。電液執行機構或電動執行機構電源為 380 V 時,與裝置的連續過程控制有差別,電動閥為間歇大功率符合,應在 SH/T3038-2017 規定,一級負荷用電不采取 UPS 供電,220 V 電源的伺服液位計和雷達液位計的應用,質量液位計以及現場分析儀表都有著較慢的工藝變化過程,較大的時間常數,控制和測量不會受交流電源瞬時中斷過大的影響,是一級負荷,可不采取 UPS 供電,避免因此帶來的相關問題,供配電方式也是采取現場供電的形式。現場儀表的供電方式為直流電的情況下,其距離不能大于 24 V 供電有效距離,如果超過這一距離,供電方案應選用 220 V。在 24 V 供電下,較大功率的伺服液位計和雷達液位計有著不同的有效距離,供電有效距離確定后再進行儀表選型。
         在供氣方面,應符合 SH/T3020-2013 相關標準,整體為分散供氣方式,需將控制過濾器減壓閥安裝在每個供氣點。儀表供風管通過螺紋鍍鋅管和鍍鋅鋼管鏈接,不銹鋼 Tube 管和管件不適用濾器減壓閥和氣源球閥后。
         在進行石化儲罐儀表選型和工程設計時,首先要考慮的是工藝需求,從實際管理水平和自動控制水平出發,在計量和測量油品的需求基礎上,綜合考慮過程控制,全面統籌設計。罐區主要的生產工藝在于油品收發,這就使得連續測量儀表和開關閥在工藝中有著很重要的地位。計量和測量儀表的選型要符合測量方式需求,有足夠的精度來計量,設計過程中要注意儀表之間的匹配性,還需要從整個計量系統的集成和自動控制方面對方案進行優化。

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