探讨罐表系统在低温乙烯罐上的应用设计

探讨罐表系统在低温乙烯罐上的应用设计

马梅兰

南京扬子石油化工设计工程有限责任公司，江苏南京， 210000

摘要：在某大型低温乙烯储罐上设计一套罐表系统，用于储罐液位的精准计量和安全联锁。本文介绍了罐表系统的功能、构成以及各仪表的选型。储罐液位选用高精度伺服液位计和雷达液位计，满足罐容计算和液位的连续测量，液位三选二联锁储罐进出口设备，保证了储罐的安全生产运行。温度仪表选用多点温度计，监控各测量点和相邻点温差，实现了试车期间低温储罐均匀冷却、正常操作时温度的监测以及罐容计算温度补偿。

关键词：低温乙烯储罐、罐表系统、伺服液位计、多点温度计、选型设计

1.引言

随着国家产业政策的调整和市场对液态能源需求量激增，要求存储低温乙烯的能力逐年增加，新建的低温储罐数量增多，相应容积增大，这就对罐容计算和安全生产提出了更高的要求。为此罐表系统应运而生，现场仪表采集储罐的实时液位和温度，传送至库存管理系统进行罐容分析，将分析数据上传至DCS系统，为操作人员及时调整相关参数提供了依据，同时进行液位的联锁控制。笔者以某大型化工企业新建低温乙烯罐为研究对象，介绍了罐表系统在低温乙烯储罐上的应用设计。

2.罐表系统功能

某化工企业新增一座5万立方的低温乙烯罐，储存温度为-102℃。低温乙烯在储存和输送过程中会出现蒸发现象，为了保证热量的平衡，必须控制好储罐的液位和温度。按照普通常压罐采用独立的液位和温度仪表已远远不够的，必须设计出一套由液位和温度为主体，配置库存管理软件的罐表系统，才能实现精准测量和精确控制。罐表系统用于罐容计算和液位、温度监控，同时还用于储罐的安全联锁。储罐设置了三套独立的连续测量的液位仪表，通过三选二表决方式进行联锁控制。当高高液位时，联锁切断所有进料系统；当低低液位时，联锁切断所有出料系统。储罐设置三套多点温度计，分布于罐底、罐壁、罐内和内外罐间的环形空间内的关键位置，罐底和内罐壁多点温度计，用于监测储罐试车预冷和正常操作时的罐内温度；罐内不同高度设置多个测温点来测量不同高度的罐内温度，并监控储罐内产品是否存在温度分层；储罐夹层内也设有多个测温点，可监测储罐的泄漏。

3.罐表系统构成

本项目罐表系统由雷达液位计、伺服液位计、多点温度计、通讯接口单元和库存管理系统组成，为了保证仪表的兼容性和统一性，均采用同一品牌产品。雷达液位计、伺服液位计和多点温度计安装在现场储罐上，通讯接口单元和库存管理系统设备放置在控制室。罐顶设置2套伺服液位计和1台雷达液位计，用于液位的精确测量及液位的报警和联锁。其中一套为主伺服液位计，另一套为副伺服液位计，主、副伺服液位计和雷达液位计分别通过通讯总线将现场的液位、仪表状态等信息接入通讯接线箱，以总线方式送入控制室内的通讯接口单元，通讯接口单元将现场数据以RS485总线、Modbus协议通讯到DCS系统。另外，伺服液位计和雷达液位计均提供两路继电器干触点输出，以硬接线方式进入SIS系统，用于三选二高高和低低液位联锁。在储罐上安装三套多点温度计，总计38点（14点， 14点，10点），用来测量在罐内、罐底、罐壁和内外罐间环形空间的温度。多点温度计采用单支三线制Pt100铂电阻，并配置多路温度变送器，多点温度计接入多路温度变送器后以RS485总线，Modbus 协议上传至DCS系统。其中罐内测量多点温度计的多路温度转换器直接接入主伺服液位计，通过总线接入通讯接口单元。其余两台多点温度计的多路温度转换器直接接入通讯接线箱。控制室内配置的1套通讯接口单元，通过总线采集现场液位仪表，采集的现场数据通过RS485总线Modbus协议远传至DCS系统。库存管理系统的上位机安装管理软件，完成低温乙烯罐区储罐预报警、报警、报表文件的生成及其他监控管理功能。罐表系统的结构如图

罐表系统结构图

4.罐表系统的仪表选型

4.1雷达液位计

雷达液位计基于FMCW频率调制连续波的测量技术，将对时间信号的测量转变为对频率信号的测量，结合纯数字处理技术，实现优于± 1mm的测量精度。由于完全采用数字技术进行信号处理，所以免去了传统雷达液位计需要“温度控制”的设计，进一步提高了雷达液位计的可靠性。雷达液位计的设计完全基于API，ISO等主要国际标准，各类输入输出功能完全针对于贸易交接计量和库存管理功能。使用模块化的设计，可以使用雷达天线和选项功能板。雷达液位计还具有天线污染自诊断功能，能够自动分析反射波形，判断出天线污染的程度，以便及时对其清理和维护。

4.2伺服液位计

伺服液位计液位测量基于阿基米德原理，精度+/-1mm，各项性能满足计量交接的标准；依据API 3.1B 标准设计、制造和测试的；通过浮子接触式测量，不受低温罐区 挥发气相的影响，确保液位计量的准确。

4.3多点温度计

多点温度计的每一测点为单支三线制结构，采用具有高精度的PT100测温元件，护套材质采用AISI 316不锈钢，护套设计符合ASME PTC19.3（2010）的要求，测温范围由-200°C 至+600°C，完全满足低温储罐应用需求。每台多点温度计配置多路温度变送器，通过通讯总线传输全部的温度点数据。用户可以大量节约现场温度元件到控制室之间的电缆，同时保持高测量精度和高可靠性。多路温度变送器支持RS-485 Modbus通讯协议，可以接入各种上位系统，根据要求可以选配冗余上位通讯输出，确保系统可靠性。

4.4通讯接口单元

通讯接口单元是现场计量仪表和控制室内计算机系统之间的通讯接口。其主要任务是扫描所有现场仪表，并获取数据。通讯接口单元最多可以接入80台液位计。在大型储罐项目中，可以安装多台通讯接口单元并行工作。接口单元可以连续扫描所有测量的数据，包括液位、温度、压力、密度、报警状态、界位、气相温度和其他相关数据。所有的数据储存在内部的实时数据库中，供上位计算机系统调用。该通讯接口单元支持以Modbus协议与第三方DCS / PLC 进行通讯，将液位、温度、密度等库存数据在DCS / PLC进行显示。

4.5库存管理系统

库存管理系统由上位机和库存管理软件组成，上位机安装低温乙烯罐区储罐管理软件，完成储罐计量相关参数的预报警、报警、报表文件的生成及其他监控管理功能。

主要包括以下功能：

— 液位、温度以及液位报警管理；

—基于使用API、ASTM 进行产品储罐容积、质量计算的储罐库存管理；

—界面显示及其它显示、记录和与DCS数据交换等功能。

5.结束语

罐表系统在整个低温乙烯储罐仪表设计中占有重要的地位，直接影响储罐安全运行以及对外贸易交接结算的精准。设计者在执行此类大型储罐选型设计时，不但要考虑到“低温”的特性和苛刻的控制要求，还要深入了解罐表系统各种仪表的性能、特点、优缺点和注意事项等，才能选出安全可靠的、先进的仪表及系统，为企业安、稳、长、满、优运行和安全生产打下坚实的基础。

参考文献：

【1】范振业.浅谈原油库油品计量方法及仪表选型.石油与天然气化工，2018, 2（47）.

【2】宋昊.液位计在石化罐区中的应用.化工自动化及仪表，2016，6（43）.

【3】李冬梅.国外储罐计量仪表的发展动态.石油化工自动化，2001, 5.

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