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摘 要：储罐液位过低易引起安全事故并导致经济损失，本文以苏北成品油管线某站场储罐液位联锁改造，外贴式超声波液位计的应用为例，介绍了ZWCK-III型外贴开关的工作原理及在罐区液位测量中的应用，采用智能超声波液位开关对储罐液位进行安全监控，能有效解决油罐安装时须开孔、动火的难题，讨论了超声波作为信号源进行液位测量的可行性及优越性，同时将液位开关的安装位置设在储罐安全高度以下，利于液位开关的高效利用和故障判断。
关键词：外贴式超声波液位开关；油罐罐；低低液位联锁
Application of external type liquid level switch on storage tank
苏北成品油管道缓解了金陵石化、扬子石化与苏北地区石油公司间成品油资源流畅不断和成本高的问题，建立先进的管输配送系统，完善销售网络，满足成品油消费市场需求，同时降低成品油流转过程中产生的费用。提高油罐的计量精度和自动化管理水平迫在眉睫。
根据中石化销售华东分公司站场隐患排查整治要求，需完善低低液位联锁功能，提高站场油库的安全控制水平，并消除安全隐患，全面提高油库的安全保障能力，确保油库的安全运转。
1 工作原理
本次液位联锁改造项目液位开关选型为河北珠峰ZWCK-III型智能外贴超声液位开关，是一种利用超声原理测量液位的报警装置，变送器选用两线制，智能外贴超声波液位开关由两个探头，ZWC-IIIB-0/1变送器、连接器等组成。
探头贴在储罐外壁对应液位限制监测点处的位置，一个探头向储罐内发射高频超声波脉冲，另一个探头接收反射回来的脉冲，信号由变送器CPU处理，通过监测和计算分析判断监测点处容器内是否存在油品。当液位越限时，产生越限报警信号，连接器收到越限报警信号后，驱动内部继电器吸合，发出常开或常闭触点报警信号，PLC内的CPU采集该报警信号，记录报警发生的日期及时间，并在站控室监控软件上发出报警信号提醒操作人员采取相应的措施，以确保安全。
2 ZWCK-III型外贴开关特点与不足
2.1 特点
长输管道首站、中间站下载站、末站等站场根据市场油品需求和建设规划要求设有各类储罐，在日常安全管理中设置储罐高高液位、低低液位报警及对油品液位高度实时监测，这就要求液位开关具有良好的适用性。本次仪表选型的外贴开关适用性良好，主要提下几个方面：
（1）安装及维护方便：无须开孔以及动火即可安装在罐体外壁，安装与检修不影响油库或站场日常生产工作的连续性，本次改造项目中在每个储罐罐壁上打磨2个φ120MM的壁面（除防腐层），施工图纸要求离罐底2米处（根据实际要求进行调整），用铜刷、合金刷、纱纸等工具和材料将此处表面的污垢和油漆层打磨清理干净，2个传感器探头的安装间距为2.0m，与传统的液位计安装相比，省时并提高工作效率。
（2）适用范围广：外贴式测量，测量数据与介质的压力、温度、比重、有无腐蚀性无关，主要适用于壁厚小于60mm的装有轻质油、原油、渣油等各种燃料油、卧式罐、立式罐、浮顶罐及装置的高、低位越限报警。可用于常温罐、低温罐和高温罐。
（3）稳定性高：外贴型液位开关的变送器采用单片机控制方式，能有效的克服同一储罐同时安装液位高报、高高报、低报、低低报之间产生的干扰、及其它电磁干扰产生的闪报。
2.2 不足之处
ZWCK-III型外贴式超声波液位开关不适用于罐壁厚大于60mm的罐体。不适于有夹层、内衬及沉积物的非密实罐壁的装置。
3 在储罐上的应用
苏北成品油管道某站场油库10座储罐由于设计年限较早，低低液位开关的安装位置低于浮盘落底高度，最新《石油库设计规范》（GB0074-2014）中要求“储罐低液位报警的设定高度应满足泵不发生汽蚀的要求，外浮顶储罐和内浮顶储罐的低液位报警设定高度（距罐底板）宜高于浮顶落底高度0.2m级以上”，故须调整液位开关位置。本次低低液位联锁改造，为了避免动火清罐，选用外贴式超声波低低液位开关，位置设置在浮盘落底高度以上200mm，外贴式超声波液位开关及变送器表头，并设置低低液位联锁。
3.1储罐液位安全联锁系统组成
3.1.1 系统的结构
（1）检测方式。通过液位计和外贴式超声波低低液位开关检测低液位；
（2）控制方式。站场SCADA接受报警并发出控制指令；
（3）执行方式。罐区和站场阀门、炼厂输油泵接受SCADA指令并动作；
3.1.2低低液位开关设置要求
当油罐液位到达液位计低液位报警点时，核心控制单元需能持续报警提示，并应能弹出推荐的同品种备用出油罐（应未有其他生产作业）。人员在工作站操作选择备用油罐，自动切换电动阀实现出油罐的切换。若未有人员操作，当液位到达低低液位開关位置时，核心控制单元持续有报警提示，持续弹出推荐的同油品备用出油罐（应未有其他作业），若一直未有人员操作，30s后（延迟的时间由工艺流程需求定）强制切换无任何作业的出油罐，联锁关闭当前油罐的出口电动阀。若无任何备用罐，则联锁关闭相关油罐出口电动阀及给油泵，防止内浮顶油罐浮盘落底及泵抽空引起运行危险，确保油罐进出油品安全。
在油罐进行作业时，若液位计无报警输出，液位开关出现报警时，此时仅在系统内强烈报警不做联锁，提醒相关人员应立即核实现场情况，确认液位计或液位开关是否有故障并采取必要措施。
3.2储罐液位安全联锁实现方式
以苏北成品油管线某输油站D-15罐为例，该储罐存储普通柴油，罐容20000方，发货管线联锁阀为该储罐的出罐阀，表1是本次储罐低低液位连锁改造的储罐报警值设定参数，由表中数据可知，低低液位开关位于浮盘上方在安全高度以下，工艺具备试验条件，可以检验报警装置的可靠性，对保证油罐安全操作具有重要作用，相关参数如下： 假设该储罐抽空，储罐液位安全联锁逻辑设计方式：D-15罐与D-16储罐共用普通柴油管线，液位超限检测单元实时监控D-15储罐液位高度，D-15罐发生抽空情况，液位低于SCADA低液位报警值时，发出声光报警并弹出同油品备用出油罐画面。若未有人操作持续到达临界低低限，检测单元液位开关发生声光报警，核心控制单元逻辑判断普通柴油发油管线上华东公司所属储罐液位高度，判断D-16的液位高度，D-16高于低限液位高度时，SCADA系统发出指令，设备执行单元响应指令：开启D-16联锁阀（出罐阀），关闭D-15联锁阀（出罐阀）。D-16液位高度低于低限液位高度时，核心控制单元控制D-15储罐所对应的外输线路长输泵、给油泵停止工作，关闭联锁阀（出罐阀）。设备执行单元响应指令动作，并在SCADA界面显示。
3.3低低液位联锁投退功能
（1）总体投退功能。即在SCADA系统内有选项，对罐区设置该联锁功能的投退。
（2）油罐投用功能选择。可以对罐区每个油罐进行钩选，选中的参与联锁选择，不选择的不参与联锁，即在选择油罐和动作时不涉及该罐。
（3）单罐投退功能。考虑到检测设备和执行设备的情况，可以针对每座油罐进行联锁投退工作。
4 结语
按公司要求和安全生产管理的需要，在原自控系统的基础上，本次改造，为了避免动火清罐，新增外贴式超声波低低液位开关，位置设置在浮盘落底高度以上200mm，将信号送入原SCADA系统PLC中，信号电缆利用原油罐低低音叉液位开关电缆，原液位开关作废。原控制系统中需实现低低液位开关联锁油罐出口电动阀及给油泵的功能。通過改造后，设备的故障率及维护量有效降低，首发有系统的安全性和稳定性有了明显提高。
参考文献
[1]李冬梅.国内外液位计量仪表技术发展动向[J].仪器仪表用户，2002（03）：5-7.
[2]兰天.基于外贴式液位开关的球罐SIS安全仪表系统设计[J].自动化博览，2016（04）：94-96.
[3]洪坚，薛山.智能超声波液位开关在油罐中的应用[J].石化技术，2011，18（02）：46-48.
作者简介
沈红艳，女，大学本科，助理工程师，地址：江苏省徐州市泉山区城南大道一号，邮编：221008中石化管道储运有限公司华东管道设计研究院。
（作者单位：中石化管道储运有限公司华东管道设计研究院）
关键词：外贴式超声波液位开关；油罐罐；低低液位联锁
Application of external type liquid level switch on storage tank
苏北成品油管道缓解了金陵石化、扬子石化与苏北地区石油公司间成品油资源流畅不断和成本高的问题，建立先进的管输配送系统，完善销售网络，满足成品油消费市场需求，同时降低成品油流转过程中产生的费用。提高油罐的计量精度和自动化管理水平迫在眉睫。
根据中石化销售华东分公司站场隐患排查整治要求，需完善低低液位联锁功能，提高站场油库的安全控制水平，并消除安全隐患，全面提高油库的安全保障能力，确保油库的安全运转。
1 工作原理
本次液位联锁改造项目液位开关选型为河北珠峰ZWCK-III型智能外贴超声液位开关，是一种利用超声原理测量液位的报警装置，变送器选用两线制，智能外贴超声波液位开关由两个探头，ZWC-IIIB-0/1变送器、连接器等组成。
探头贴在储罐外壁对应液位限制监测点处的位置，一个探头向储罐内发射高频超声波脉冲，另一个探头接收反射回来的脉冲，信号由变送器CPU处理，通过监测和计算分析判断监测点处容器内是否存在油品。当液位越限时，产生越限报警信号，连接器收到越限报警信号后，驱动内部继电器吸合，发出常开或常闭触点报警信号，PLC内的CPU采集该报警信号，记录报警发生的日期及时间，并在站控室监控软件上发出报警信号提醒操作人员采取相应的措施，以确保安全。
2 ZWCK-III型外贴开关特点与不足
2.1 特点
长输管道首站、中间站下载站、末站等站场根据市场油品需求和建设规划要求设有各类储罐，在日常安全管理中设置储罐高高液位、低低液位报警及对油品液位高度实时监测，这就要求液位开关具有良好的适用性。本次仪表选型的外贴开关适用性良好，主要提下几个方面：
（1）安装及维护方便：无须开孔以及动火即可安装在罐体外壁，安装与检修不影响油库或站场日常生产工作的连续性，本次改造项目中在每个储罐罐壁上打磨2个φ120MM的壁面（除防腐层），施工图纸要求离罐底2米处（根据实际要求进行调整），用铜刷、合金刷、纱纸等工具和材料将此处表面的污垢和油漆层打磨清理干净，2个传感器探头的安装间距为2.0m，与传统的液位计安装相比，省时并提高工作效率。
（2）适用范围广：外贴式测量，测量数据与介质的压力、温度、比重、有无腐蚀性无关，主要适用于壁厚小于60mm的装有轻质油、原油、渣油等各种燃料油、卧式罐、立式罐、浮顶罐及装置的高、低位越限报警。可用于常温罐、低温罐和高温罐。
（3）稳定性高：外贴型液位开关的变送器采用单片机控制方式，能有效的克服同一储罐同时安装液位高报、高高报、低报、低低报之间产生的干扰、及其它电磁干扰产生的闪报。
2.2 不足之处
ZWCK-III型外贴式超声波液位开关不适用于罐壁厚大于60mm的罐体。不适于有夹层、内衬及沉积物的非密实罐壁的装置。
3 在储罐上的应用
苏北成品油管道某站场油库10座储罐由于设计年限较早，低低液位开关的安装位置低于浮盘落底高度，最新《石油库设计规范》（GB0074-2014）中要求“储罐低液位报警的设定高度应满足泵不发生汽蚀的要求，外浮顶储罐和内浮顶储罐的低液位报警设定高度（距罐底板）宜高于浮顶落底高度0.2m级以上”，故须调整液位开关位置。本次低低液位联锁改造，为了避免动火清罐，选用外贴式超声波低低液位开关，位置设置在浮盘落底高度以上200mm，外贴式超声波液位开关及变送器表头，并设置低低液位联锁。
3.1储罐液位安全联锁系统组成
3.1.1 系统的结构
（1）检测方式。通过液位计和外贴式超声波低低液位开关检测低液位；
（2）控制方式。站场SCADA接受报警并发出控制指令；
（3）执行方式。罐区和站场阀门、炼厂输油泵接受SCADA指令并动作；
3.1.2低低液位开关设置要求
当油罐液位到达液位计低液位报警点时，核心控制单元需能持续报警提示，并应能弹出推荐的同品种备用出油罐（应未有其他生产作业）。人员在工作站操作选择备用油罐，自动切换电动阀实现出油罐的切换。若未有人员操作，当液位到达低低液位開关位置时，核心控制单元持续有报警提示，持续弹出推荐的同油品备用出油罐（应未有其他作业），若一直未有人员操作，30s后（延迟的时间由工艺流程需求定）强制切换无任何作业的出油罐，联锁关闭当前油罐的出口电动阀。若无任何备用罐，则联锁关闭相关油罐出口电动阀及给油泵，防止内浮顶油罐浮盘落底及泵抽空引起运行危险，确保油罐进出油品安全。
在油罐进行作业时，若液位计无报警输出，液位开关出现报警时，此时仅在系统内强烈报警不做联锁，提醒相关人员应立即核实现场情况，确认液位计或液位开关是否有故障并采取必要措施。
3.2储罐液位安全联锁实现方式
以苏北成品油管线某输油站D-15罐为例，该储罐存储普通柴油，罐容20000方，发货管线联锁阀为该储罐的出罐阀，表1是本次储罐低低液位连锁改造的储罐报警值设定参数，由表中数据可知，低低液位开关位于浮盘上方在安全高度以下，工艺具备试验条件，可以检验报警装置的可靠性，对保证油罐安全操作具有重要作用，相关参数如下： 假设该储罐抽空，储罐液位安全联锁逻辑设计方式：D-15罐与D-16储罐共用普通柴油管线，液位超限检测单元实时监控D-15储罐液位高度，D-15罐发生抽空情况，液位低于SCADA低液位报警值时，发出声光报警并弹出同油品备用出油罐画面。若未有人操作持续到达临界低低限，检测单元液位开关发生声光报警，核心控制单元逻辑判断普通柴油发油管线上华东公司所属储罐液位高度，判断D-16的液位高度，D-16高于低限液位高度时，SCADA系统发出指令，设备执行单元响应指令：开启D-16联锁阀（出罐阀），关闭D-15联锁阀（出罐阀）。D-16液位高度低于低限液位高度时，核心控制单元控制D-15储罐所对应的外输线路长输泵、给油泵停止工作，关闭联锁阀（出罐阀）。设备执行单元响应指令动作，并在SCADA界面显示。
3.3低低液位联锁投退功能
（1）总体投退功能。即在SCADA系统内有选项，对罐区设置该联锁功能的投退。
（2）油罐投用功能选择。可以对罐区每个油罐进行钩选，选中的参与联锁选择，不选择的不参与联锁，即在选择油罐和动作时不涉及该罐。
（3）单罐投退功能。考虑到检测设备和执行设备的情况，可以针对每座油罐进行联锁投退工作。
4 结语
按公司要求和安全生产管理的需要，在原自控系统的基础上，本次改造，为了避免动火清罐，新增外贴式超声波低低液位开关，位置设置在浮盘落底高度以上200mm，将信号送入原SCADA系统PLC中，信号电缆利用原油罐低低音叉液位开关电缆，原液位开关作废。原控制系统中需实现低低液位开关联锁油罐出口电动阀及给油泵的功能。通過改造后，设备的故障率及维护量有效降低，首发有系统的安全性和稳定性有了明显提高。
参考文献
[1]李冬梅.国内外液位计量仪表技术发展动向[J].仪器仪表用户，2002（03）：5-7.
[2]兰天.基于外贴式液位开关的球罐SIS安全仪表系统设计[J].自动化博览，2016（04）：94-96.
[3]洪坚，薛山.智能超声波液位开关在油罐中的应用[J].石化技术，2011，18（02）：46-48.
作者简介
沈红艳，女，大学本科，助理工程师，地址：江苏省徐州市泉山区城南大道一号，邮编：221008中石化管道储运有限公司华东管道设计研究院。
（作者单位：中石化管道储运有限公司华东管道设计研究院）