淺談石化儲罐自動化儀表及工程設計
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摘要：石化儲罐的生產運行和石油化工生產裝置有著很大的差異，石化儲罐主要是用來儲存生產裝置的原料、成品、中間原料或輔助生產物料。近年來石化儲罐著火爆炸事故多發(fā)，對儲罐的安全監(jiān)測及控制提出了更高的要求。隨著石化裝置規(guī)模的增大，相應的石化儲罐的單罐容積也增大，對于罐容的精確計量也有了更高的要求。主要就石化儲罐的自動化儀表以及工程設計進行探究，合理地進行設備的選型，并就儀表的工程設計形式進行調整，不斷提升石化儲罐實際的計量精確程度以及自動化程度。
關鍵詞：石化儲罐；自動化儀表；工程設計
隨著我國石油化工工業(yè)的迅猛發(fā)展，石油化工配套儲罐的罐容管理水平也得到了較為明顯的發(fā)展。過去很多企業(yè)的原料和產品的儲罐不進行精確的計量，相關的介質貿易計量只是以地磅和相應的卸車或裝車質量流量計進行計量。如果兩個數(shù)值出現(xiàn)較大誤差時不容易判斷哪個數(shù)值是準確的。如果對罐容進行精確計量，那么就可以進行三個數(shù)值的比對，更加精確地得到實際交易數(shù)量。貿易交接用罐容計量儀表有著特殊的精度和安裝要求，設計時要注意合理選型。
1溫度儀表
儲罐溫度測量是為了監(jiān)控儲罐內介質溫度，保證介質溫度滿足儲運要求，對于有罐容精確計量要求（貿易交接用途）的儲罐還可以計算罐殼體積膨脹、密度。儲罐溫度儀表的測量精度要求詳見表1[1]。就地溫度指示儀表一般選用雙金屬溫度計，精度±1.5%F.S。遠傳溫度儀表的感溫元件優(yōu)先選用熱電阻（RTD），熱電阻不適用的情況下可選用熱電偶。根據(jù)表1的要求，一般溫度變送器和接收裝置的精度≤±0.1℃，那么感溫元件的精度要≤±0.2℃。而根據(jù)IEC60751，Pt100鉑熱電阻ClassA等級的允差值為±（0.15+0.002|t|），t為被測溫度。如果感溫元件的精度要達到≤±0.2℃的話，那么被測溫度要在-25~25℃。如果被測介質溫度超過這個范圍，IEC60751ClassA的熱電阻就不能滿足要求，此時應選用精度更高的溫度儀表。沒有罐容精確計量要求（庫存控制用途）儲罐的溫度儀表的安裝要符合各類儲罐的要求。如浮頂罐和內浮頂罐的溫度儀表宜安裝在罐底以上700~1000mm處，固定頂罐上的溫度儀表宜安裝在罐底以上700~1500mm處，插入深度不小于150mm。有罐容精確計量要求儲罐的溫度儀表應安裝在與進出管口相對的位置，并且盡量安裝在儲罐的背陰一側。固定式單點溫度儀表安裝位置在罐底以上1000mm以上并且人員容易接近處，插入深度不小于1000mm。測量罐內蒸汽溫度的安裝位置要在儲罐最大液位高度以上。多點溫度儀表采用等間隔安裝，溫度元件距離罐壁至少900mm，最低測溫元件通常在罐底以上1000mm的位置。溫度元件的數(shù)量根據(jù)罐體高度計算，小于9m的最少4個，9~15m的最少5個，大于15m的最少6個。溫度儀表的保護套管材質應該與液體具有相容性，并且壓力等級不低于儲罐的壓力等級。
2壓力儀表
儲罐壓力測量是為了監(jiān)控儲罐壓力，為保證儲罐在設計壓力內安全運行提供指示或控制信號。對于有罐容精確計量要求（貿易交接用途）的低壓儲罐還可以用于計算液位、密度，其精度要符合相應標準。低壓儲罐和壓力儲罐需要設置就地壓力儀表及遠傳壓力儀表，就地壓力儀表與遠傳壓力儀表的取壓口要分開設置。就地壓力表的精度一般不低于±1.6%F.S，操作壓力在40kPa以下時選用膜盒壓力表，操作壓力在40kPa及以上時選用彈簧管壓力表。庫存控制用途壓力變送器精度優(yōu)于±0.2%F.S即可，用于罐容精確計量系統(tǒng)計算的壓力變送器精度根據(jù)安裝位置及用途的不同而不同，詳見表2[1]。
3液位和界位儀表
儲罐液位測量是為了監(jiān)控儲罐介質液位高度，為保證儲罐安全運行提供指示或聯(lián)鎖控制信號。儲存I級和II級毒性液體的儲罐、容量≥3000m3的甲B和乙A類可燃液體儲罐、容積≥10000m3的其他液體儲罐都要設置高高液位報警級聯(lián)鎖關閉儲罐進口管道控制閥。液位高高報警的液位測量儀表要單獨設置[2]，不和液位監(jiān)視儀表混用。例如液位監(jiān)測采用雷達液位計，液位高高報警聯(lián)鎖采用音叉開關。儲罐液位儀表的種類繁多，根據(jù)輸出信號類型可以分為模擬量型和開關量型，根據(jù)是否與介質接觸可以分為接液型和非接液型。儲罐常用模擬量型液位儀表有非接觸式雷達液位計、導波雷達液位計、伺服液位計和磁致伸縮液位計等。儲罐常用開關量型液位儀表有音叉開關、浮球開關和超聲波開關等。非接觸式雷達液位計的用途比較廣泛，固定頂罐、浮頂罐、球罐都可以使用，介質可以測量原油、成品油、瀝青、液化烴、液化天然氣等可燃液體或其他介質，但是要注意介電常數(shù)不得低于1.4。當介質有泡沫、水蒸氣、沸騰等情況時，建議選用導波雷達液位計，當介質黏度大、有掛料現(xiàn)象時不能選用導波雷達液位計。當液面波動較大、干擾因素大、介電常數(shù)低（1.4~2.5）時應加裝導波管。非接觸式雷達液位計的天線型式和導波雷達的導波桿（纜）的結構型式及材質選型根據(jù)儲罐類型、介質特性、測量精度/范圍、介質溫度壓力等因素綜合確定[3]。比如液化烴球罐一般選用喇叭口天線非接觸式雷達液位計，帶導波管，導波管尺寸選用DN150或DN200的。液位計與設備之間一般加裝球閥，以便在線檢修。伺服液位計適用于測量各種油品、液化天然氣、液化烴等介質，但是高黏度介質不適用。用在壓力儲罐上的伺服液位計一般要在縮徑腔和儀表之間設置維修用切斷球閥。磁致伸縮液位計適用于密度≥0.7、黏度不大的（小于600mPa•s）、干凈的輕質油品或液化烴介質。庫存控制用途液位變送器精度優(yōu)于±5mm即可，用于貿易交接用途的液位變送器精度根據(jù)用途的不同而不同，詳見表3[1]。
4緊急切斷閥
為了防止冒罐或抽空罐內介質，一般在大型儲罐的油品入口管道和出口管道設置有緊急切斷閥。切斷閥通過液位高高或低低聯(lián)鎖開關進行動作。如果根據(jù)SIL定級確定相關聯(lián)鎖回路為安全儀表回路，有相應的SIL等級要求，則回路內的檢測儀表、邏輯控制器和執(zhí)行機構都應滿足相應的SIL等級要求。如果儲罐內的介質為易燃易爆介質，并且切斷閥安裝于火災危險區(qū)域內，則緊急切斷閥應采用防火結構設計的閥體，執(zhí)行機構及附件也應采用防火措施進行保護。防火措施一般采用柔性或剛性防火罩，防火罩應符合UL1709標準，要求能在1093℃下抵抗烴類火災30min。在距離緊急切斷閥15m之外應設置緊急切斷閥的現(xiàn)場操作開關，其接點信號直接送到電磁閥或電液、電動執(zhí)行機構的ESD動作端子，也可以進到相應的SIS系統(tǒng)。切斷閥可以根據(jù)介質的特性和管道的大小選擇球閥、閘閥或三偏心蝶閥。閥門執(zhí)行機構優(yōu)先選用氣動執(zhí)行機構。當工廠無儀表空氣系統(tǒng)時也可以選用電動或電液執(zhí)行機構。
5儀表的工程設計
5.1儀表的防爆和防護要求
石化儲罐很多時候是有爆炸危險性的，所以在儀表設計時要注意儀表的防爆設計符合要求。要注意儀表所在爆炸危險區(qū)域分類（0區(qū)或1區(qū)或2區(qū)）、氣體組別（ⅡA或ⅡB或ⅡC）和溫度組別（T1~T6）。爆炸危險場所用電動儀表必須取得國家防爆檢驗機構頒發(fā)的防爆合格證書。遠傳儀表的防護等級一般不低于IP65，就地儀表的防護等級一般不低于IP54。如果是安裝于地下或有可能浸水的儀表應選用IP68或更高的防護等級。
5.2儀表供電
罐區(qū)控制系統(tǒng)的供電一般采用不間斷電源供電（UPS），電源電壓為220V±11V，頻率為50Hz±0.5Hz，波形失真率小于5%?，F(xiàn)場儀表如果是220VAC外供電的，則一般采用UPS供電。電動閥的電源一般由電氣專業(yè)供電，供電電源電纜采用直埋或電纜溝充砂敷設。如果必須要在地面上敷設則電纜應采用阻燃或耐火電纜。石油化工廠的罐組內應采用耐火電纜。為了能在緊急情況下動作電動閥，還建議為電動閥配置可移動式應急動力電源裝置，專用接口宜設置在罐組防火堤外，并位于爆炸危險區(qū)域外。
5.3儀表電纜敷設
在罐組內優(yōu)先采用埋地或電纜溝充砂敷設，以便達到防火的目的。條件不允許時也可以采用電纜槽盒地上敷設，但是要注意采用阻燃或耐火電纜。當防火要求高時儀表槽盒也可以采用耐火槽盒。不具備故障關功能的氣動緊急切斷閥的控制信號電纜和未埋地敷設的電動緊急切斷閥的控制信號電纜應采用耐火電纜。電纜進入儀表的電氣接口應采用相應防爆級別的防爆電纜密封接頭或密封填料接頭進行密封。本安和隔爆信號的非鎧裝電纜要分開敷設，不得共用同一根穿線管，如果在同一個槽盒內敷設則要用可靠接地的金屬隔板分隔。
5.4儀表的防雷接地
電動儀表的外殼都應進行良好的保護接地。儀表電纜如果是分屏總屏結構，則分屏蔽線應單端接地，總屏蔽線應該兩端接地。鎧裝電纜的鎧裝層應該兩端接地。罐區(qū)儀表屬于安裝在空曠地帶，易被雷擊。一般多雷地區(qū)的罐區(qū)儀表都做防浪涌保護，設置雷電浪涌防護器，相應的儀表都應做防雷接地。儀表的接地系統(tǒng)應該是等電位接地系統(tǒng)，接到電氣專業(yè)的接地網上，不獨立設置接地系統(tǒng)。
5.5可燃有毒氣體檢測
儲罐介質如果是甲類氣體或甲B或乙A類的液體，則應設置可燃氣體探頭。如果儲罐介質是有毒氣體介質或含有有毒氣體，并且泄漏氣體中有毒氣體濃度可能達到報警設定值時應該設置有毒氣體探測器。
6結語
石油化工油品儲罐的儀表選型和工程設計需要盡可能地滿足儲運工藝實際的運行需求和相關行業(yè)標準，使得其可以適應工廠自動控制工作的各項需求，達到相應的自動控制水平以及管理水平。同時還應當對油品儲罐實際的測量以及計量需求進行分析，就具體的實際工程項目狀況確定出相對應的儀表設備選型以及計量方式，編制出較為完整的管理以及自動控制系統(tǒng)方案。
參考文獻
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作者：燕巍 單位：安徽華東化工醫(yī)藥工程有限責任公司上海分公司