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石化储罐自动化仪表与工程设计探讨

编辑: 来源: 发布时间:2019-03-26 14:47:24

      中心主旨 :石化储罐的工艺运行特点不同于生产装置,主要是油品收发过程中的计量和监测,本文主要是从温度仪表、压力仪表、液位和界位仪表几个方面来探讨选型方法,并对仪表的工程设计展开讨论,力求提升石化储罐的计量精度和自动化程度。

1 温度仪表
     测量储罐温度是为了进行温度补偿计算,计量级储罐的温度测量应符合 GB/T25964-2010 标准规定。在储罐温度测量中,较为常用的测量原件是 Pt100 铂热电阻,测量原件为其他类型的情况下也需符合 GB/T21451.4-2008 标准中的相关规定。
     对于固有精度,基于体积的交接计量和基于质量的交接计量最大允许误差分别为 0.25 ℃和 0.5 ℃,而在安装后的精度方面则分别为 0.5 ℃和 1.0 ℃。对于非计量级储罐的温度测量仪表,固有精度不允许小于 0.5 ℃,安装后的精度不允许小于 1.0 ℃。
     在储罐液位仪表功能包括计算温度补偿的情况下,应将其介入到油水界位信号与多点热电阻温度信号之间。现场温度变送器可用于非计量用的单点温度测量,以此来信号处理仪表和温度测量器具之间的距离,以此来保证足够的抗干扰能力和测量精度。
2 压力仪表
     测量低压储罐压力可以选用差压变送器或者压力变送器,测量压力储罐压力则应选取压力变送器。在计量级储罐的压力测量中,不同情况的最大允许误差如表 1所示。
     在测量非计量级储罐压力时,安装与罐顶的压力变送器线性误差应小于 1%,零点误差不超过 60 Pa,管底的用于密度测量的压力变送器的线性误差应小于 0.2%,零点误差不能超过 150 Pa。
     在液位仪表能实现计算密度补偿的情况下,应将液位连续测量仪表介入来进行压力变送器或差压变送器信号的介质密度计算。
压力变送器的最大允许误差
3 液位和界位仪表
     储罐液位仪表包括静压液位计、磁致伸缩液位计、伺服液位计和腾博会最新官网等,液位开关类的仪表包括浮子式开关、超声波开关和音叉开关等,液位开关类仪表也可以采取液位仪表来代替。通常情况下,罐区的液位联锁或报警都是通过液位开关来实现,但是在适应应用中很少能超过联锁、报警位置,仪表长时间内不会有动作,无法检测其好坏,也不利于维护,导致其失效情况也不被发现。而液位仪表连续测量过程变量有着更加可靠的性质,能了解仪表的工作状态和测量信号的实时观测,此类仪表能应用于要求较高的场合,适应于卧罐、球罐、固定顶罐和浮顶罐等情况。液位测量仪表基于体积的交接计量和机遇质量的交接计量最大允许误差,在固有精度情况下分别为 1 mm 和 3 mm,在安装后的精度上分别为 4 mm 和 12 mm。液位测量仪表应用于非计量级储罐时,其固有精度应超过 3 mm,现场安装后的精度用于体积应超过 12 mm,用于质量的应超过 25 mm。
腾博会最新官网适应于连续测量烃类物料、轻质油品和重质油品等介质,根据介质特性、储罐类型、测量范围和精度来综合选择类型。伺服液位计受其测量方法的限制不能用于粘稠液体测量,通常用于连续测量非腐蚀性轻质烃类液体、轻质油品的液位,伺服液位计可配备标定腔,根据需要配备缩径腔来实现导向,应用在压力储罐中还需在仪表与缩径腔之间安装球阀,用于切断维修。
     磁致伸缩液位计通常用于连续测量非腐蚀性轻质油品液面,其液位测量是浮子在导杆或导缆上的滑动实现,无法在粘稠液体中工作。在 LPG 球罐类液体表面测量方面,波长雷达测量的分辨率可能因高密度的气泡和气相而存在误差,则可采用磁致伸缩液位计。为实现混合法计量,计量仪表为磁致伸缩液位计的情况下可选取多变量集成式产品来实现多点温度、界位和液位等参数测量并输入罐体信号通信单元。
     在上述三种液位计应用时应配备罐旁指示仪来监视液位测量,部分指示仪具备简单数据处理、计算、供电和通信等功能。通信信号主要是用于需要高精度测量的场合。从防雷工程设计出发,应配备集成式电涌防护器。储罐 TCU 在机柜室内采取冗余配置。音叉液位开关使用的介质为运动粘度低于 2 000 mm 2 /s 的轻质油品,应安装在能接触介质又不会被碰撞的部位。超声波液位开关适用于污垢层、内壁无衬里的碳钢储罐、重质油品的浮顶罐和液化石油气球罐,能有效减少容器开口数,安装应避开焊缝,且保证测量方向没有障碍。油水界位测量仪表用于介质中存在油水分层的情况,在测量罐底排水截面的情况下要设置单独的浮力式、射频导纳或电容式仪表。
4 仪表的工程设计
     在爆炸危险场所,电动仪表的选用应在防爆标准范围内进行,需取得国际或国家相关防爆检验机构颁发的防爆合格证。在仪表防护方面,现场仪表不能低于 GB4208-2008 中的 IP65 标准,对于地下仪表应选取IP68 防护等级。罐区通常不会有苛刻的工艺条件,能平稳运行,较长时间内不会出现工艺事故和运行风险,通常是在工艺需求下设置联锁和报警装置,安全仪表应符合 GB/T50770-2013 相关安全等级规定。从罐区的事故数据分析可发现,主要来自于清罐作业和火灾,违章作业而导致的几率较多,应重点杜绝违章作业,做好雷电灾害预防,防止易燃易爆物质泄漏。在有毒气体和可燃气体检测方面,应符合 GB50493-2009 相关规定,但在实际应用中,还需结合设计经验来选定不同的重点和编制原则,根绝设计分工的不同来调整设计输入。
     储罐上仪表的安装应选取法兰连接形式,选择与设备法兰匹配的形式,特别是球罐的法兰密封面。对于有特殊要求的伺服液位计和腾博会最新官网还需要制作导波管来安装在设备内。储罐通常为常温低压,仪表及过程连接法兰在压力等级选取上应大于或等于设备等级,但在伺服液位计和腾博会最新官网等仪表中,不能随意提升压力等级,避免造成选型困难和成本提升。仪表法兰应在《管道材料等级规定》下选用和安装。
     在电缆敷设方面,可采用埋地方式敷设来做好防护和防火,应在 SH/T3019-2016 规定下确定敷设方式,如直埋、电缆保护管或电缆沟等形式。如果不方便进行地下敷设,则应采取带盖板全封闭金属槽或是镀锌钢保护管形式。处于防雷考虑应减少非金属保护管的使用,在潮湿地区选用电子防护功能和强度的钢材时要考虑锈蚀问题。相对于桥架,电缆槽有着更好的保护功能,如果采取桥架形式则需要选用成本较高的铠装电缆。
     在供电方面,控制系统和仪表的直流、交流供电应符合 SH/T3082-2003 相关要求,同时,控制系统配电还应符合 SH/T3092-2013 要求。现场仪表电源使 380 V,220 V 的情况下,则需按对应的设计规范来进行交流配电和供电设计。交流供电方式不能是从控制室、机柜室的仪表朝现场仪表,现场仪表有着较大的电负荷,且距离机柜室远,较为分散,存在较大的风险和危险,应采取现场交流供配电。电液实行机构或电动实行机构电源为 380 V 时,与装置的连续过程控制有差别,电动阀为间歇大功率符合,应在 SH/T3038-2017 规定,一级负荷用电不采取 UPS 供电,220 V 电源的伺服液位计和腾博会最新官网的应用,质量液位计以及现场分析仪表都有着较慢的工艺变化过程,较大的时间常数,控制和测量不会受交流电源瞬时中断过大的影响,是一级负荷,可不采取 UPS 供电,避免因此带来的相关问题,供配电方式也是采取现场供电的形式。现场仪表的供电方式为直流电的情况下,其距离不能大于 24 V 供电有效距离,如果超过这一距离,供电方案应选用 220 V。在 24 V 供电下,较大功率的伺服液位计和腾博会最新官网有着不同的有效距离,供电有效距离确定后再进行仪表选型。
     在供气方面,应符合 SH/T3020-2013 相关标准,整体为分散供气方式,需将控制过滤器减压阀安装在每个供气点。仪表供风管通过螺纹镀锌管和镀锌钢管链接,不锈钢 Tube 管和管件不适用滤器减压阀和气源球阀后。
     在进行石化储罐仪表选型和工程设计时,首先要考虑的是工艺需求,从实际管理水平和自动控制水平出发,在计量和测量油品的需求基础上,综合考虑过程控制,全面统筹设计。罐区主要的生产工艺在于油品收发,这就使得连续测量仪表和开关阀在工艺中有着很重要的地位。计量和测量仪表的选型要符合测量方式需求,有足够的精度来计量,设计过程中要注意仪表之间的匹配性,还需要从整个计量系统的集成和自动控制方面对方案进行优化。

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