來儲罐超聲波液位開關(guān)的安裝與選型、維護工作

上海自動化儀表四廠根據(jù)油品及液態(tài)烴的物理特性和存儲特點，結(jié)合超聲波液位開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理，分析了超聲波液位開關(guān)在油品和液態(tài)烴儲罐的選型與應用，總結(jié)了惠州石化多年來儲罐超聲波液位開關(guān)的安裝與維護工作，為儲罐液位開關(guān)選型及維護提供借鑒。

隨著超聲波液位測量技術(shù)的發(fā)展成熟，主流超聲波液位開關(guān)可靠性不斷提高，使得超聲波液位開關(guān)在工業(yè)控制中被逐步的認可，應用越來越廣泛。本文結(jié)合不同的儲罐類型來重點分析超聲波液位開關(guān)優(yōu)缺點，以利于更好的選用超聲波液位開關(guān)。

1 超聲波液位開關(guān)的工作原理

超聲波液位開關(guān)通過罐壁向罐內(nèi)發(fā)射一個超聲波脈沖信號，這個信號首先會在罐壁內(nèi)產(chǎn)生多次反射波，這個回波定義為底波。如果在傳感器安裝的位置，罐內(nèi)有介質(zhì)（見圖1），這個脈沖信號還會通過介質(zhì)在傳感器安裝位置的罐體對面的內(nèi)表面產(chǎn)生回波，這個回波定義為反射波。

如果傳感器安裝位置罐內(nèi)沒有介質(zhì)（見圖2），由于金屬和空氣的比重聲速相差太大，即聲阻抗相差太大，則只有底波而沒有發(fā)射波 ；通過罐壁向罐內(nèi)發(fā)射一個脈沖信號，這個脈沖信號會在罐壁內(nèi)產(chǎn)生多次回波，而且回波的次數(shù)和傳感器安裝位置罐內(nèi)有無介質(zhì)有關(guān)，無介質(zhì)時因為是全反射的次多，而有介質(zhì)時由于一部分能量進入介質(zhì)，反射的次數(shù)就會變少。綜上，根據(jù)底波和反射波的不同特性能分析判斷儲罐超聲波液位開關(guān)安裝處是否有液的。

2 超聲波液位開關(guān)的性能特點

非接觸測量，傳感器置于罐或管道的外部 ；安裝簡單，不需要切割和焊接 ；罐壁材質(zhì)可以是金屬、玻璃、塑料等 ；適合高壓場合的測量 ；適合具有毒性或腐蝕性介質(zhì)的測量 ；滿足惡劣現(xiàn)場要求的堅固結(jié)構(gòu)和防護等級 ；傳感器故障時維護方便，便于及時維修，保證超聲波液位開關(guān)完好投用。

3 儲罐超聲波液位開關(guān)的應用分析

惠州石化一期 / 二期原油罐、液態(tài)烴罐、燃料油罐和二期成品油儲罐全部使用外貼式超聲波液位開關(guān)，一期成品油罐普遍使用音叉液位開關(guān)，其中有值得推廣的應用，也有需要總結(jié)改進的不足。

3.1 原油儲罐

原油組成復雜，易含有有毒有害介質(zhì)，且易含有雜物，主要可選的液位開關(guān)為外貼式超聲波開關(guān)和音叉液位開關(guān)。音叉液位開關(guān)可選側(cè)裝式和頂裝式，側(cè)裝式低液位探頭易受雜物影響，且原油長期投用后罐底會淤積油泥，均易導致誤報，高液位探頭易被浮盤密封從罐壁刮出的油泥封住不能正常使用，且從南方沿海地區(qū)原油罐實際運行情況分析，會季節(jié)性的出現(xiàn)浮盤密封從罐壁刮油泥落在浮盤上的問題 ；頂裝式音叉液位開關(guān)，可降低雜物纏繞的可能性，頂裝低液位探頭同樣會受到油泥的影響，且頂裝式低液位探頭插入深度太大無法實現(xiàn)。超聲波液位開關(guān)低液位傳感器貼于對應高度的罐壁，高液位傳感器可安裝在扶梯附近的罐壁處，安裝維護方便，低液位開關(guān)可選底波分析，避免受罐內(nèi)雜物及油泥影響。所以，原油儲罐宜選用超聲波液位開關(guān)。

3.2 成品油儲罐

成品油主要有：汽油、柴油、航煤、組分油、化工原料油等，均是原油經(jīng)裂化、分餾后的產(chǎn)品，普遍較為清潔、不易凝固。成品油儲罐液位開關(guān)選型上，超聲波液位開關(guān)和音叉液位開關(guān)均能滿足設計要求，通過惠州石化一期儲罐的應用案例分析，在南方沿海地區(qū)，超聲波液位開關(guān)的傳感器與罐壁接觸面易受鹽霧影響產(chǎn)生腐蝕，腐蝕后超聲波傳導受阻，無法正常判斷是否有液 ；而且，超聲波液位開關(guān)傳感器或電路板故障時，輸出到 DCS 或 SIS 的觸點一般不會動作，只是現(xiàn)場控制器會顯示故障提示，需要定期現(xiàn)場檢查。

通過對比分析發(fā)現(xiàn)，音叉液位開關(guān)故障率低，而且基本上都電子單元故障，故障處理不影響儲罐正常使用 ；音叉液位開關(guān)投用后，不需要高頻次的定期檢查來確認現(xiàn)場表是否有故障，降低使用的備件費用和人工成本。故而，成品油儲罐應首選音叉液位開關(guān)，如是后期儲罐改造增設液位開關(guān)，綜合施工難度和經(jīng)濟性因素可選擇超聲波液位開關(guān)。

3.3 液態(tài)烴儲罐

液態(tài)烴儲罐可選音叉液位開關(guān)和超聲波液位開關(guān)，但是考慮到液態(tài)烴儲罐是壓力容器，不易在罐體開孔過多，增加泄漏風險點，另外如果音叉液位開關(guān)音叉損壞，維修難度較大，只能儲罐清罐后才能處理。所以，綜合風險因素和維修難度，液態(tài)烴儲罐應選擇超聲波液位開關(guān)。

4 超聲波液位開關(guān)安裝與維護

安裝布局圖見圖1。

4.1 安裝注意事項

傳感器安裝位置要根據(jù)罐體結(jié)構(gòu)既要避免焊縫，又要確保傳感器安裝位置的正對方向的罐內(nèi)無管線等設施影響超聲波傳導，同時結(jié)合實際情況，選擇易于檢查維護的傳感器安裝位置 ；控制器盡量安裝在罐底，便于定期檢查維護。傳感器安裝固定后，要對傳感器周圍罐壁進行防腐，并于傳感器與罐壁的接口進行加強防腐或涂膠。日后罐壁做防腐處理時，不要將傳感器取下，可直接沿傳感器周圍進行防腐，除非該傳感器已經(jīng)損壞。

4.2 主要維護工作

定期檢查現(xiàn)場控制器狀態(tài)，當超聲波液位開關(guān)電路板或傳感器故障損壞后，輸出到 DCS 的信號一般不會變化，為了保證超聲波液位開關(guān)處在完好使用狀態(tài)，建議每兩周或每月檢查液位開關(guān)控制器，以便及時發(fā)現(xiàn)故障并修復。

定期檢查傳感器安裝位置的防腐，特別是在南方沿海地區(qū)，受高溫暴曬和鹽霧影響，傳感器安裝接口防腐易開裂，導致傳感器安裝面的罐壁腐蝕，建議每年檢查維護一次傳感器的安裝接口，防止罐壁接觸面腐蝕影響超聲波正常傳導。

5 結(jié)論

上海自動化儀表四廠超聲波液位開關(guān)由于自身的優(yōu)點幾乎適用于所有的場合，但不是所有的場合超聲波液位開關(guān)都是非常佳選擇，原油儲罐、液態(tài)烴儲罐超聲波液位開關(guān)是非常佳選擇，對于常壓成品儲罐，選擇音叉液位開關(guān)更安全可靠和經(jīng)濟。