案例丨ELL超聲波外測液位開關在球罐區SIS系統中的應用

更新時間：2021-04-07 點擊次數：809

摘要 根據液態烴的物理特性和外測式超聲波液位開關的工作原理、輸出形式,分析了ELL超聲波外測液位開關在實際使用中的特點。針對危險化學品液化烴儲罐，根據SIL等級、現場具體工況，分析確定液態烴儲罐SIS系統的控制參數，設計了ELL超聲波外測液位開關加入的安全儀表系統，采用了三取二聯鎖控制方案。ELL超聲波外測液位開關在生產運行中可靠性滿足要求、維護簡單方便，為液化烴罐區的安全生產提供了保障。

關鍵詞 ELL超聲波外測液位開關液化烴開關故障遠傳安全儀表系統

液化烴類物質屬于甲類和甲A類火災危險性介質，具有明顯的火災爆炸危險性。依據《中國石油天然氣股份有限公司輕質油品儲罐技術導則》要求：儲罐應設置液位檢測、溫度檢測、高高液位、高液位、低液位和低低液位報警設施。《危險化學品重大危險源監督管理暫行規定》（國家安監總局令第40 號）第13 條規定：涉及毒性氣體、液化氣體、劇毒液體的一級或者二級重大危險源，配備獨立的安全儀表系統（SIS）。

中石化天津公司煉油部此次液化烴罐區隱患治理項目新增安全儀表系統，系統中每個儲罐增加超聲波外測液位開關一套，與原音叉液位開關及雷達液位計做三取二聯鎖緊急切斷閥指令設置。為了保證公司各生產裝置正常的工藝生產需求，考慮罐區要求并在SIS系統中的應用，新增液位開關必須使滿足以下要求：

a.防爆罐區，不動火安裝；

b.罐內有料，不開口安裝；

C.無需清罐，省時省費用，簡便安裝，防爆1區儀表；

d.儀表具有智能自檢、故障遠傳輸出功能；

e.測量應準確、穩定。

目前在工業現場使用較多的液位開關有浮球閥液位開關、電纜浮球液位開關、電容式液位開關及ELL超聲波外測液位開關等。對各類開關的原理和特點進行對比分析，針對本次項目現場情況，最終確定選擇ELL超聲波外測液位開關。

1 ELL超聲波外測液位開關的工作原理和應用

1.1工作原理

ELL超聲波外測液位開關自身的探頭能產生變頻超聲波脈沖，脈沖在罐內傳播一段距離(0.8~1.5m)在壁內部折射，同時向容器內的液體或氣體中透射傳播。由于超聲波在液體和氣體中的透射率不同，也就是超聲波傳播后能量損失不同，導致被測點在有液狀態和無液狀態的剩余能量不同，ELL超聲波外測液位開關通過對剩余能量進行接收和分析，最終判斷出檢測點處的儲罐內是否存有液體，并通過自身繼電器輸出開關量信號，信號送至SIS系統，實現系統對液位的聯鎖控制。超聲波在儲罐壁內環繞和折射不受介質氣泡、壓力等因素的影響。

ELL超聲波外測液位開關具有變頻技術，使開關不受溫度變化、雨雪天氣和介質掛壁的影響。開關具有智能自檢功能，如有故障，故障信號可遠傳至控制室，通過檢查開關顯示故障代碼判斷故障類型，進行相應維護。

1.2安裝說明

ELL超聲波外測液位開關在球罐高位的安裝如圖1所示。容器壁為Q345R，探頭通過磁吸方式固定在容器壁外側，選擇的安裝位置應滿足以下條件：

a.用于一個測量點的兩個液位測量探頭(發射探頭和接收探頭)，需安裝在同一水平面上；

b.發射探頭和接收探頭之間相距0.8~1.5m；

圖1 安裝示意圖

現場球罐附近用膨脹螺栓固定2＂(50mm)碳鋼立管一根，高1.0～1.5m。變送器經彎板支架通過U形卡固定在立管上。

管線連接如圖2所示。

圖2 管線連接

2 儲罐區SIS系統

SIS系統為工廠生產控制系統提供報警和聯鎖，逐漸成為工廠自動控制中的重要組成部分。罐區SIS系統對儲罐的壓力、溫度、液位及流量等參數設置聲光報警和自動聯鎖控制。

經過對罐區內介質進行辨識和計算，確定液化烴儲罐屬于二級重大危險源。同時進行國家相關部門要求的危險與可操作性（HAZOP）分析，確定液化烴儲罐的安全危險等級是SIL2級。為進一步提高罐區的本質安全性，保證安全生產，防止事故發生，設置SIS系統，一旦儲罐出現安全事故時，SIS系統能夠瞬間準確動作，進行緊急切斷的聯鎖控制，使生產過程安全停運，或是自動導入預定的安全狀態。

2.1主要控制的參數

在儲罐的控制中，罐內物料液位是主要的控制參數之一。液化烴儲罐的液位由于進、出料產生不斷變化，可能會出現液化烴物料抽干或物料冒罐泄漏的風險，因此SIS系統的關鍵控制參數是儲罐的液位，儀表的檢測元件及取源點都獨立設置，采用外測式超聲波液位開關、音叉開關和雷達液位計三種液位傳感器構成三選二連鎖，信號送至SIS系統進行比較，只要兩個都達到設定值，系統送出信號進行緊急事故聯鎖。

2.2 SIS系統的設計

SIS系統包括現場儀表和執行器，按照故障安全型設計；可與DCS進行通訊，但DCS系統與SIS系統相對獨立。

液態烴罐區共有儲罐21臺，SIS系統內I/O點數見表1。0

SIS系統中由于采用ELL超聲波外測液位開關這種非接觸式液位報警儀表，減少了在儲罐上的開口和動火作業，降低了重大危險源危險物料泄漏和燃燒爆炸的概率。儀表具有智能自檢和故障輸出提醒，維護和檢修強度降低，穩定性高、運行可靠，安全性能得到提高。

3 結束語

本項目自設計建成、投產應用以來，中石化天津分公司煉油部液化烴儲罐區的SIS系統工作穩定、可靠，日常檢查、操作維護方便，同時企業結合自身實際情況，采取多種安全可靠性措施，確保了系統安全功能的實現，充分可靠地保證了企業液化烴儲罐的安全生產、環境安全和生產裝置長周期、持續穩定安全生產。

作者簡介：

高麗君(1972-)，高級工程師，從事石化系統儲運罐區現場儀表的維護管理工作。

本文摘選自《化工自動化及儀表》第342期

版權屬于原作者

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