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浅谈罐区新型智能外贴超声波液位开关的应用和发展
2020-11-12
  

引言

近年来,国(guo)内外石油化工行业安(an)(an)全事故频(pin)发,国(guo)家(jia)安(an)(an)全总局2014年颁(ban)发了《关于进(jin)一(yi)步加强化学品(pin)罐(guan)区(qu)安(an)(an)全管理的通知》(安(an)(an)监总管三[2014]68号)文件(jian),文件(jian)要(yao)求危化品(pin)储罐(guan)现(xian)场应设置(zhi)储罐高(gao)低液位报警采用超高液(ye)位(wei)自动联锁关(guan)闭储(chu)罐进料阀(fa)门和超低(di)液(ye)位(wei)自动联锁停止物(wu)料输送措施,确保系(xi)统安全(quan)运行,因为罐区的液位控制和液位联锁控制措施(shi)是确(que)(que)保(bao)储罐系统安全(quan)控制的重要(yao)措施(shi),因此(ci),正确(que)(que)安装与使用罐区智能控制液位开关仪(yi)表对确(que)(que)保(bao)化学(xue)罐区的安全(quan)运行具有重要(yao)的意义。

作(zuo)为罐区(qu)的常用(yong)仪表(biao)--液位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)根据(ju)其工作(zuo)原理的不(bu)同,主要分(fen)为以下几种:浮球式(shi)液位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)、电容式(shi)液位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)、音叉式(shi)液位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)、超(chao)声(sheng)波液位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)、非接(jie)触(chu)式(shi)外贴(tie)(tie)超(chao)声(sheng)波液位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)等(deng),其中(zhong),新(xin)型非接(jie)触(chu)式(shi)外贴(tie)(tie)超(chao)声(sheng)波智能液位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)具有(you)不(bu)用(yong)清罐开(kai)(kai)孔,不(bu)影响罐区(qu)正常运行的条件下,作(zuo)为液位(wei)(wei)(wei)控(kong)制和联锁的关(guan)键部件,安装简单、维护方(fang)便、工作(zuo)稳定可(ke)靠、使用(yong)方(fang)便、功(gong)能强、应用(yong)周期长(zhang)、维护工作(zuo)量少、性价(jia)比(bi)高等(deng)特(te)点,相比(bi)较接(jie)触(chu)式(shi)测量的液位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)具有(you)明(ming)显(xian)的优势(shi),因此,在(zai)化(hua)学(xue)品罐区(qu)得(de)到了广泛的应用(yong)。

1 超声波检测的工作原理

超(chao)声(sheng)(sheng)(sheng)检测技(ji)(ji)术是一种常规的无(wu)损检测技(ji)(ji)术,它利用超(chao)声(sheng)(sheng)(sheng)波在材料中传播时(shi),遇到界(jie)面反射回来(lai)的声(sheng)(sheng)(sheng)讯号特征(zheng)或声(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)在不同(tong)介(jie)质中衰(shuai)减特征(zheng)不相同(tong)的特征(zheng)进行(xing)参(can)数检测的技(ji)(ji)术。

超声检测方法(fa)通常(chang)由脉冲(chong)(chong)反射(she)(she)(she)法(fa)、脉冲(chong)(chong)透射(she)(she)(she)法(fa)、共振法(fa)和频(pin)差(cha)法(fa)等。脉冲(chong)(chong)反射(she)(she)(she)法(fa)是将脉冲(chong)(chong)超声波(bo)(bo)(bo)发(fa)射(she)(she)(she)后,当传(chuan)播到(dao)有声阻抗差(cha)异的(de)界面(不同介(jie)质)上时,产(chan)生反射(she)(she)(she)声波(bo)(bo)(bo),根据反射(she)(she)(she)波(bo)(bo)(bo)的(de)形状进(jin)行测量(liang)的(de)方法(fa),如图1为(wei)超声波(bo)(bo)(bo)发(fa)生到(dao)不同介(jie)质表面时所产(chan)生的(de)反射(she)(she)(she)与折射(she)(she)(she)原(yuan)(yuan)理图,该(gai)方法(fa)通常(chang)用一个探头兼做发(fa)射(she)(she)(she)和接受探头。本外贴式超声液位开(kai)关就是采(cai)用该(gai)测量(liang)原(yuan)(yuan)理设(she)计的(de)。

图1超声波在(zai)界(jie)面的反射与折射图

2 外(wai)贴超声波液位开关的使用现状

外贴超声波液位开关通常应用于温度在-40℃~100℃之间、容器厚度5mm~60mm密实材料的储罐进行液位的测量与控制。由于外贴超声波液位开关在工作时与被测介质不接触,不需要为储罐定制仪表安装孔,对全密闭罐优势更加明显,因此,伴随着智能外贴超声液位开关新技术的应用与发展,在罐区将获得越来越广泛的应用。
目前,国外生产的超声液位开关品种不多,主要的产品如德国SONOTEC(索诺泰克)、美国FIL(费尔本)等公司的外贴超声波液位开关产品,其产品质量较好,获得了一定的应用,但价格较贵,服务滞后,无法定制,制约了市场的需求。国内生产的外贴超声波液位开关在罐区系统应用的主要为单、双探头外贴超声波液位开关,单探头外贴超声波液位开关在现场实际应用中,需要根据现场的实际工况(如针对不同的罐体材质、罐内介质、温度)进行有液和无液的标定和调试,无法进行自动校准:经过一段时间使用后,还要定期校准,液位开关标定后,判据或门槛值在使用过程中是不变的,在实测工况和标定工况的差别较大时,会出现误报现象,目前也有一些厂家通过软件及算法进行误报率的改进,但效果参差不齐。

一般的双探头外贴超声波液位开关为传感器一发一收,如果罐壁中间有焊缝,超声波信号无法传输,开关在安装时要避开储罐焊缝,同样双探头外贴超声波液位开关也不能避免工况变化的情况下,出现开关误报问题。
总的来说,目前国内生产的单、双探头外贴超声波液位开关在使用过程中,都存在不同程度的误报现象,部分产品目前还存在不同程度的缺陷;且两者均存在安装调试复杂,需要对设备表面进行仔细打磨,对安装、调试人员的素质要求高,需要定期校准来降低设备产生的误报率,维护工作量较大。

3 新型智能外贴超声波(bo)液位开关的技术特(te)点和(he)应用

在技术交(jiao)流和项目应用(yong)过程中,发现多(duo)探(tan)头新型智(zhi)能外贴超(chao)声波液位开(kai)关(guan)弥补了(le)以前常(chang)用(yong)的单、双探(tan)头外贴超(chao)声液位开(kai)关(guan)的很多(duo)不(bu)足,其(qi)主要特(te)点如下:

(1)增(zeng)(zeng)加(jia)(2个)校(xiao)(xiao)(xiao)准探(tan)头(tou),杜绝(jue)误(wu)报:在(zai)测量(liang)探(tan)头(tou)的(de)基础(chu)上,增(zeng)(zeng)加(jia)了(le)2个校(xiao)(xiao)(xiao)准探(tan)头(tou),所述校(xiao)(xiao)(xiao)准探(tan)头(tou)安装在(zai)仪表工作(zuo)时罐体上下液位(wei)不可能到达的(de)位(wei)置(zhi),高低位(wei)测量(liang)探(tan)头(tou)与(yu)(yu)校(xiao)(xiao)(xiao)准探(tan)头(tou)与(yu)(yu)智能外贴(tie)超声波液位(wei)开关主机连接,校(xiao)(xiao)(xiao)准探(tan)头(tou)作(zuo)为标准信号(hao),利用测量(liang)探(tan)头(tou)与(yu)(yu)校(xiao)(xiao)(xiao)准探(tan)头(tou)进(jin)行实时比(bi)较,进(jin)行仪表的(de)自校(xiao)(xiao)(xiao)准调整(zheng),实现自校(xiao)(xiao)(xiao)准功能,杜绝(jue)误(wu)报。

(2)智能(neng)化(hua)程度(du)(du)高:具(ju)有自诊(zhen)断(duan)和现场(chang)参数(shu)调(diao)整(zheng)功能(neng),当出(chu)现探(tan)头脱落、探(tan)头耦合程度(du)(du)不(bu)良、连接线缆断(duan)路等故(gu)(gu)障(zhang)(zhang),这些(xie)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)会导致主机(ji)内置换能(neng)器测(ce)量信(xin)号(hao)发生变化(hua),智能(neng)外(wai)贴(tie)超声波液位开关(guan)可(ke)(ke)通过自诊(zhen)断(duan)算法判断(duan)出(chu)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)原因(yin),表头显示故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)代码,并输出(chu)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)代码与(yu)报警信(xin)号(hao);另(ling)外(wai),根据使(shi)用(yong)的(de)情况可(ke)(ke)对(dui)仪表的(de)设计参数(shu)进行修正与(yu)修改。

(3)交(jiao)(jiao)互(hu)界(jie)(jie)面(mian)良好(hao):交(jiao)(jiao)互(hu)界(jie)(jie)面(mian)采用中文显示,直观便(bian)捷;为(wei)了用户的使用方便(bian),交(jiao)(jiao)互(hu)界(jie)(jie)面(mian)采用遥(yao)控操作(zuo)(zuo),实(shi)现不同(tong)的界(jie)(jie)面(mian)显示与参(can)数(shu)的设置操作(zuo)(zuo)。交(jiao)(jiao)互(hu)界(jie)(jie)面(mian)包含由:主(zhu)菜单界(jie)(jie)面(mian)、参(can)数(shu)设置界(jie)(jie)面(mian)、测量参(can)数(shu)图形显示界(jie)(jie)面(mian)、调试界(jie)(jie)面(mian)、校准界(jie)(jie)面(mian)等等。

(4)防爆(bao)的(de)(de)遥(yao)(yao)控操作功能(neng):智能(neng)外贴超声波(bo)液位开关(guan)在进行(xing)(xing)防爆(bao)设计的(de)(de)同时,配备(bei)了不用开盖就可(ke)以实现(xian)符合防爆(bao)设计的(de)(de)红外遥(yao)(yao)控器,进行(xing)(xing)功能(neng)选择、观察、调试等遥(yao)(yao)控操作。

(5)安(an)(an)装简单:交互界面及模(mo)块化设计带来安(an)(an)装的(de)便捷,考虑到示波器也不宜进(jin)入防爆区(qu)域,新(xin)型智能外(wai)贴超(chao)声波液位开关(guan)主机控制(zhi)表头(tou)可(ke)显示探头(tou)接收的(de)波形(xing),直观了解信号真实程(cheng)度(du)和信号强弱程(cheng)度(du),无需安(an)(an)装时使用(yong)示波器辅助调(diao)(diao)试(shi);另(ling)外(wai),通过红外(wai)遥(yao)控器可(ke)以实现菜(cai)单选择与参数(shu)调(diao)(diao)试(shi)功能,现场调(diao)(diao)试(shi)安(an)(an)全(quan)、方便,为安(an)(an)装提供(gong)了便利;针(zhen)对(dui)探头(tou)的(de)安(an)(an)装,排除(chu)了外(wai)部影响(xiang),探头(tou)贴合部分不用(yong)打磨,不破坏漆面,无需躲避焊缝(feng)。

(6)调试方便:校准(zhun)(zhun)探(tan)头(tou)的使用(yong)让调试更加方便,相(xiang)对典型(xing)的单(dan)、双探(tan)头(tou)液(ye)位(wei)开(kai)关(guan)(guan),安装调试时必(bi)须进行(xing)有(you)液(ye)和(he)无液(ye)状态校准(zhun)(zhun),特别(bie)是高位(wei)校准(zhun)(zhun)非常困难(nan),因为一般罐(guan)区系统液(ye)位(wei)很难(nan)达(da)到高位(wei)。新型(xing)智能(neng)外(wai)贴超(chao)声波液(ye)位(wei)开(kai)关(guan)(guan)的校准(zhun)(zhun)探(tan)头(tou)十分(fen)巧妙的解决这个(ge)难(nan)题,校准(zhun)(zhun)探(tan)头(tou)信(xin)号作(zuo)为标准(zhun)(zhun)信(xin)号,利用(yong)测(ce)量(liang)探(tan)头(tou)与校准(zhun)(zhun)探(tan)头(tou)比值进行(xing)实时比较,判断(duan)容器是否(fou)有(you)液(ye),使得安装时无需真实液(ye)位(wei)。新型(xing)智能(neng)外(wai)贴超(chao)声波液(ye)位(wei)开(kai)关(guan)(guan)采用(yong)的校准(zhun)(zhun)探(tan)头(tou)与测(ce)量(liang)探(tan)头(tou)的比较,可以(yi)(yi)减少罐(guan)区系统环境温度、信(xin)号干扰、探(tan)头(tou)耦合程度等因素影响(xiang)导(dao)致的误动作(zuo),还可以(yi)(yi)降低液(ye)位(wei)开(kai)关(guan)(guan)的误报率;

(7)维(wei)护简易:自(zi)诊(zhen)断功(gong)能让维(wei)护更简单,通常外贴超声波(bo)液(ye)(ye)位(wei)开关出(chu)现(xian)误(wu)报和故障,只能靠运维(wei)人(ren)员(yuan)判断及(ji)仪表维(wei)护人(ren)员(yuan)巡检发现(xian)获知,新(xin)型智能外贴超声波(bo)液(ye)(ye)位(wei)开关主(zhu)机具有中文(wen)界面,实时显(xian)示液(ye)(ye)位(wei)状态,同时具有维(wei)护诊(zhen)断代码显(xian)示功(gong)能,当出(chu)现(xian)故障,液(ye)(ye)位(wei)开关可通过自(zi)诊(zhen)断功(gong)能判断故障原因,显(xian)示并可输出(chu)故障代码及(ji)报警信(xin)号,及(ji)时通知维(wei)护人(ren)员(yuan),修理,且故障期间(jian)不误(wu)动作。

外(wai)贴超声(sheng)波液位开关(guan)(guan)的不足(zu)表现在液位开关(guan)(guan)的探头离散性(xing)较大,互换性(xing)较差,当罐壁发生腐蚀(shi)以后对(dui)测量结(jie)果具有影响(xiang)。

4外贴超(chao)声波液位开关的发展(zhan)方向(xiang)

危(wei)化(hua)(hua)品(pin)储罐(guan)储存的(de)(de)都(dou)是易(yi)燃、易(yi)爆、有毒、腐蚀性液(ye)体,储罐(guan)系统通常不方(fang)便清罐(guan)和(he)开(kai)(kai)孔(kong),工(gong)(gong)作在(zai)危(wei)化(hua)(hua)品(pin)储罐(guan)液(ye)位(wei)(wei)控制中的(de)(de)液(ye)位(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)(guan)的(de)(de)工(gong)(gong)作正常与否对(dui)危(wei)化(hua)(hua)品(pin)灌区的(de)(de)安(an)全工(gong)(gong)作具(ju)有重要(yao)的(de)(de)影响,研(yan)究(jiu)与开(kai)(kai)发(fa)使用(yong)方(fang)便、性能(neng)稳(wen)定可靠的(de)(de)液(ye)位(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)(guan)对(dui)保证危(wei)化(hua)(hua)品(pin)罐(guan)区的(de)(de)安(an)全运行(xing)具(ju)有重要(yao)的(de)(de)意义。从(cong)应用(yong)的(de)(de)角(jiao)度(du)分析液(ye)位(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)(guan)的(de)(de)发(fa)展趋势为:

(1) 高可(ke)靠性

液(ye)位(wei)开(kai)关(guan)的工作正常与否,影响到系统(tong)的安全(quan),因此(ci),提(ti)高液(ye)位(wei)开(kai)关(guan)的可靠性是液(ye)位(wei)开(kai)关(guan)设计的永恒话题(ti)。

外(wai)贴(tie)超声波智(zhi)能(neng)液(ye)位(wei)开关(guan)具有不用(yong)清罐(guan)开孔(kong),不影(ying)响(xiang)罐(guan)区正常运行的(de)条件下,作(zuo)为液(ye)位(wei)控制(zhi)和联锁的(de)关(guan)键(jian)部件,便(bian)捷安装(zhuang),维护方(fang)(fang)便(bian),多(duo)探(tan)头的(de)智(zhi)能(neng)检(jian)测方(fang)(fang)法防(fang)止了误报的(de)发(fa)生,在(zai)现有罐(guan)区系(xi)统内(nei)改造或(huo)者增(zeng)上紧急切断(duan)系(xi)统中,是目前罐(guan)区智(zhi)能(neng)液(ye)位(wei)开关(guan)首选设备,随着产(chan)品的(de)发(fa)展将在(zai)罐(guan)区液(ye)位(wei)控制(zhi)中发(fa)挥(hui)越来越重要的(de)作(zuo)用(yong)。

(2) 智能化

对(dui)智能液(ye)位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)的(de)高(gao)(gao)可靠性要(yao)求和使用(yong)环(huan)境的(de)复杂与恶劣对(dui)液(ye)位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)的(de)功(gong)能与性能提出更高(gao)(gao)的(de)要(yao)求,随着罐(guan)壁的(de)变化要(yao)求液(ye)位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)必(bi)须有自诊断与修(xiu)正功(gong)能的(de)智能化仪表(biao)才能实现,随着使用(yong)条件与环(huan)境的(de)变化,对(dui)液(ye)位(wei)(wei)(wei)开(kai)(kai)关(guan)的(de)智能化要(yao)求也越来越高(gao)(gao)。

(3) 网络化

液位开关(guan)作(zuo)为(wei)系(xi)(xi)统中的(de)一个(ge)测量(liang)节(jie)点对(dui)系(xi)(xi)统的(de)稳定运行(xing)具有(you)重(zhong)要的(de)影响(xiang),作(zuo)为(wei)整(zheng)个(ge)罐区的(de)一个(ge)测量(liang)节(jie)点实现测量(liang)数据的(de)上(shang)传对(dui)整(zheng)个(ge)系(xi)(xi)统的(de)管(guan)理维护具有(you)重(zhong)要的(de)意义(yi),因(yin)此,液位开关(guan)的(de)网络化通(tong)信功能是液位开关(guan)的(de)发展趋势。

5 总结(jie)

化学品储罐液(ye)位测量(liang)的(de)(de)安(an)(an)全性对(dui)液(ye)位开(kai)关(guan)的(de)(de)性能(neng)要(yao)求越(yue)来(lai)越(yue)高(gao),其(qi)方(fang)便使用(yong)、快捷(jie)安(an)(an)装、便捷(jie)调(diao)试,维护(hu)简(jian)单、智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)诊断处(chu)理、自(zi)校准功能(neng)等方(fang)面(mian)的(de)(de)要(yao)求是(shi)用(yong)户采购与(yu)使用(yong)综合考虑的(de)(de)重要(yao)因素。伴随着新型智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)外贴超声波液(ye)位开(kai)关(guan)在(zai)危化品储罐液(ye)位控制的(de)(de)逐渐大量(liang)的(de)(de)应(ying)用(yong),相信在(zai)国内(nei)这一(yi)类新型智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)液(ye)位开(kai)关(guan)的(de)(de)新技术和新概念引领下,国内(nei)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)液(ye)位开(kai)关(guan)的(de)(de)性能(neng)将迈上一(yi)个(ge)新台阶,将有越(yue)来(lai)越(yue)多的(de)(de)高(gao)性能(neng)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)化液(ye)位开(kai)关(guan)为罐区安(an)(an)全保驾护(hu)航(hang)。

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