振动音叉液位开关误报警原因分析及改进措施

振动音叉液位开关误报警原因分析及改进措施

丁保华

江苏德桥仓储有限公司 214500

摘要：在化工生产和仓储行业设计和实践中，在储罐安装音叉进行高低液位报警并进行联锁动作，确保运行正常；但在日常工作中经常出现由于安装维护不当引起误报警。本文从音叉的工作原理和出现误报警的原因出发，提出解决问题的措施，以提高化工储运设施的本质安全。

关键词：音叉  测量原理  误报警 处理措施

按《石油化工罐区自动化系统设计规范》SH/3184-2017、《石油化工安全仪表设计规范》GB/T 50770-2013、《信号报警、安全联锁系统设计规范》T20511-2014等标准、规范要求，化工储罐的上部安装音叉液位开关，防止进货液位超高造成溢罐生产安全事故的发生，以及低液位时泵进口管道进气产生气蚀引起泵振动，损害设备。

1 音叉特点及优点

1.1全能型振动音叉液位开关具备设备安装工序少，且不需要标定，运行受外界因数影响小，电子元件自检和状态监控，磁性测试点为功能测试提供方便，其“ 快速滴落 ” 的音叉设计（见图一），具有更快的响应时间，目前的选型均采用本质安全认证和防尘认证：Ex ia IIC T5...T2 Ga   Ex ia IIIC T85 °C...T265 °C Da，且在机柜内使用认证的隔离栅。

（图一）快速滴落 ” 音叉

1.2 能真正地免受湍流、泡沫、振动、固体含量、沾敷物或液体特性的影响；

1.3 音叉主要运行于以下过程温度-40 至 302 °F (-40 至 150 °C) 范围内；

1.4 “心跳式” LED可显示其运行状态。当开关输出“关闭” 时，LED将不断地闪烁；当开关输出 “打开 ” 时， LED 一直处于发光状态（见图二）；

1.5  可调整开关延迟可阻止湍流或飞溅应用场合的错误开关；

1.6 “快速滴落 ” 的音叉设计对于粘性液体具有更快的响应时间（见图一）；

1.7 高度响应开关的快速由湿变干与由干变湿的时间设置（见图二）；

1.8 无活动零件或缝隙，真正实现免维护。

可调整模式与开关延迟（图二）

2电气连接

图三 

2.1 采用的直接负荷开关 （2 线制电源）， 20 至 264 Vac， 50/60 Hz，20 至 60 Vdc，DPCO双继电器输出（见图三）；

2.2 可选择开关模式 [ 干 (Dry) = 打开 (on) 或湿 (Wet) = 打开 (on)]（见图三）；

2.3 磁性测试点位于外壳的侧面，可以对 音叉以及与其相连的系统进行功能测试。通过将一块磁铁与目标保持接触，只要磁铁一直不移开，音叉的输出将不会改变状态；

2.4  B电缆引入装置 M20x1.5或 3/4-in. NPT（见图一）；

2.5 用于隔爆区域的配管引入装置在供货时附带一个防爆塞散放在袋中）和两个防尘帽。使用适用的额定等级导线密封装置。未使用的配管入口必须用适用的额定等级盲塞密封配管入口必须用适用的额定等级盲塞密封；

2.6  音叉必须始终通过端子或使用提供的外部接地连接件进行接地。

3 工作原理

3.1  使用压电晶体以音使用压电晶体以音叉的固有频率对音叉进行振动 ，对于这种频率的变化，可进行连续监控，振动音叉传感器的频率根据浸入的介质而变化，液体密度越高则频率越低。

3.2  当用于低液位报警用途时，容器或导波管内的液体向下排放流经音叉，引起固有频率的变化，这一变化被电子元件检测，从而切换输出状态。此开关信号停相应的泵和相应的阀门。（见图四）

3.3   当 音叉开关用于高液位报警用途时，容器或导波管内的液体上升并与音叉接触，又可切换输出状态。此开关信号停相应的泵和相应的阀门。（见图四）

联锁停泵逻辑图(图四)

4 误报警原因分析

经过多年的运用，发现存在误报警情况的发生，分析原因主要存在以下两种情况：

4.1 安装原因

储罐紧急切断阀不定时自动关闭阀门。经过多次对阀门控制线路、电磁阀的检查，甚至更换继电器、电磁阀线圈，故障仍然不能排除。由于后台操作站未见其他报警，当初并未怀疑音叉问题，后来分析是否是音叉报警又瞬间恢复，导致阀门关闭报警还未发出？继续检查音叉，打开后盖发现，内部积水，继电器 (DPCO) 电子元件盒 （绿色）已经腐蚀严重。

4.2  物料凝固点低，形成结晶

冰醋酸或苯酚储罐音叉为高液位报警、联锁作用音叉，当出现音叉报警并联锁紧急切断关闭，确认音叉误报警后，需要进行全面检查，供电正常，接线良好，更换继电器 (DPCO) 电子元件盒 ，如有必要需检查是否是“开关点”（见图一）结晶。当醋酸罐内温度下降到16.7°C以下，苯酚储罐下降到45°C以下，将会达到其凝固点，此时音叉周围的介质蒸汽会因温度下降而降落在开关点上，形成雪花状结晶体，从而导致音叉发出“报警”；

4.3储罐高液位报警，音叉报警并联锁紧急切断关闭。同时出现储罐高液位报警，音叉报警并联锁紧急切断关闭的现象，此现象非故障报警和误报警。

5 针对性处理措施

5.1 重新更换一套新音叉、防爆挠性管，穿线管口高于音叉元件盒进线口（图一中的B点），并对穿线管接口防水处理，用“液体生胶带”加在金属管螺纹与防爆挠性管连接处。

5.2 在安装音叉时，在音叉外盒与螺纹之间，又一个六角螺母，螺母上有一个标记（图一中的C点），当这个点垂直向下安装时，即可减少液体停留在上面；其次，做好保温加热工作，音叉本体做好保温措施，防止外部冷量通过外部金属连接件传输到开关。

5.3 对于第三种报警，中控人员应立即启动紧急处理方案，避免现场事故扩大。如苯酚介质储罐，当出现储罐高液位报警，音叉报警并联锁紧急切断关闭时，应立即通知现场，对相应管线、阀门等部位进行排查，采用手动打开阀门，防止管线背压。

6 总结

经过对以上“音叉报警”的处置，从2020年梅雨季节、秋冬季，到现在已逾16个月未发生过一次异常报警。当然，还需要定期对其进行联锁测试，磁性测试点位于外壳的侧面（有测试标记），通过将一块磁铁与标记保持接触，此时SIS系统收到报警信号后，联锁关闭对应的储罐紧急切断阀。说明音叉和SIS系统均运行正常。

作者姓名：丁保华，男，1967.3，汉族，江苏如东，二级技师，研究方向：电气仪表自动化