外浮顶油罐的液位检测仪表选型及安装

外浮顶油罐的液位检测仪表选型及安装

摘要：音叉式液位开关和外贴超声波液位开关具有多种优点，近年来逐步取代浮球液位开关，成为大型储罐液位检测的重要仪表。本文通过详细介绍这两种液位开关在外浮顶油罐的设计选型和具体安装，通过阐述检测原理，比较各种安装方式的优缺点，分析产生缺陷的原因以及提出解决方法，为设计施工人员进行仪表选型和安装提供重要参考意见。

关键词：顶装式；侧装式；漩涡；油气空间

在国内，音叉式液位开关已经成为工业大型储罐液位检测的重要手段，近年来逐步替代浮球液位开关。而外贴超声波液位开关也广泛应用于球罐和有压罐等工业场合。工业大型储罐，特别外浮顶油罐具有一定特殊性，原因在于外浮顶油罐常用于装载粘度较大的原油或燃料油，它的外浮盘随液位变化而升降。本文将详细介绍三种已经应用在外浮顶油罐液位检测的方案。

音叉式液位开关的检测原理是利用晶体激励产生振动, 按照约1200Hz的机械震荡频率振动。当叉板浸入介质时，振动频率发生变化，该变化被内置的振荡器监测到并转化成电信号。

音叉式液位开关可用于各种复杂工业环境。因结垢、搅动、湍流、振动、中等粘度、高温和高压等恶劣条件导致不能使用浮球液位开关的场合均可使用音叉式液位开关。因为音叉式液位开关没有活动部件, 而且其压电元件进行机械固定，所以它不受温度冲击的影响，无须维护和调整。另由于音叉式液位开关的检测不受被测介质密度和电参数的影响,所以无论测量何种液体均不需现场调校。

另外音叉式液位开关可从任何方向安装于储罐，以便实施液位的上下限位报警或联锁, 也能安装在管道上对料泵进行空流监视。

1长型音叉式液位开关顶装式

笔者在工作中接触外浮顶罐通常用于装载粘度较大的原油或燃料油。音叉式液位开关可用于粘度不大于10000mm2/s的液体中，而长音叉用于低粘度液体，因为长音叉更容易粘附高粘度物料，所以安装方式必须采用顶装式。其优点是避免外浮盘干扰，且叉体垂直可保证物料能容易地从叉板之间流出，减少高粘度物料在叉板的停留时间，也减少误动作发生的频率。

仪表选型时应注意长型音叉式液位开关安装在导向管的顶部，音叉法兰连接面至液位高限报警及联锁点的距离达到3.3m，故采用德国E+H公司的带延长管的FTL51型隔爆音叉液位开关（即长型音叉式液位开关）。该型号叉体的标准长度可以达到3m，特殊叉体的长度可达到6m。实际使用证明该音叉式液位开关能够及时联锁关闭外浮顶油罐的油料进口电动闸阀，防止冒罐事故的发生。

有利必有弊，长型音叉式液位开关需要厂商特殊制作，故价格比较昂贵，且在设计时叉体长度计算必须准确无误。音叉式液位开关属于一体化制造，故出厂后无法延长和截短。如果叉体太长就会导致油罐的油料进口电动闸阀提前关闭，外浮顶罐没有达到最大储存容量。如果计算偏差不大，那么可以采用垫高法兰连接面的方法来解决；如果叉体太短就会导致电动闸阀延迟关闭，外浮顶罐将出现冒罐事故，这个问题暂没有合适解决方法，因此顶装式音叉开关的叉体长度计算需反复检查。

仪表安装时应注意外浮顶油罐只有两条导向管。一条导向管常用于雷达液位计和量油孔，另一条导向管则用于安装多点平均温度计和音叉式液位开关。导向管可以起到减少管外油品波动对管内仪表的影响，同时每相隔300～400m钻一个内径25mm的平衡孔，以平衡管外管内的气体压力和油品液位；多点平均温度计底部采用锚定重锤或圆环，按此推理多点

平均温度计基本静止不动，但事实若进出油流速过快，由于油料进罐后仍会形成较强的漩涡冲击浮盘，扭伤浮盘和导向管，漩涡通过导向管的平衡孔导致多点平均温度计在导向管内做锥形摆动现象，多点平均温度计会接触液位开关，导致后者误动作。因此导向管内径最少应为250mm，需确保液位开关与多点平均温度计保持足够水平距离，以免两者接触，见图1。

2短型音叉式液位开关侧装式

由于长型音叉式液位开关需要特殊制作，而且价格比较贵，因此可采用短型音叉式液位开关侧装式的方案。

仪表选型可采用德国E+H公司的FTL50型隔爆音叉式液位开关，该型号为一体化形式，叉体长度仅为66.5mm，而且价格相对便宜（标准型音叉式液位开关的叉体长度一般超过100mm）。短叉体可大大减少高粘度介质的粘附，因此可比长叉体具有更快的响应时间，进而减少误动作。

仪表安装时应注意因为音叉式液位开关不能插入外浮顶油罐内部，所以必须安装在油罐侧壁的短管中。短管不应太长，一般100～150mm左右，否则原油或燃料油因为温度降低而逐渐沉积在短管中。短管的形式除了采用直管，还可以采用喇叭口管，因为喇叭口管的倾斜角可以减少油品在短管中的沉积。

3外贴超声波液位开关外贴安装

音叉式液位开关直接接触物料，故无论采用顶装式还是侧装式都会随着时间增长粘附越来越多物料，这需要在生产过程中拆卸音叉液位开关并进行清洗。因此可采用外贴超声波液位开关的方案。其特点是可以在油罐工作状态下安装、使用和维护。另外它采用非插入式测量方式，与被测物料的压力、温度、密度和粘度无关，不存在泄漏情况。仪表选型可采用河北珠峰仪器仪表设备有限公司生产的ZWCK- III 型智能报警外贴超声波液位开关。它主要由发射波和接收波两个探头、变送器和连接器组成。根据工艺要求，智能超声波液位传感器的探头安装在液位高限报警联锁点处，探头间距为2.5m。探头紧贴在容器外壁，发射波探

头把电信号转换成声频信号，向容器内发射超声波，接收波探头吸收声频信号并将其转换为电信号，通过变送器传送到位于安全区的连接器进行处理。当检测接收到的声频信号强度发生显著变化，就能准确判断液位超限，连接器的继电器触点动作，信号接入控制系统进行报警和联锁关闭外浮顶油罐的油料进口电动闸阀。

仪表安装时需要注意外浮顶油罐的浮盘内部油气空间一般大于100mm，如果加上浮盘主梁和密封带的厚度，整个浮盘整体高度大约为320mm。当浮盘上升时，发射波探头发射的声频信号首先接触浮盘密封带，超声波从空气进入固体，声频信号也会出现显著变化，接收波探头接收显著变化的声频信号，将导致连接器进行报警输出和联锁动作，而实际上液面离液位高限报警联锁点至少还320mm，这将会造成油品进口电动闸阀提前关闭，外浮顶罐没有达到最大储存容量。因此需要把探头安装在液位高限报警联锁点正上方大约320mm处，当探头检测到浮盘密封圈时液面也刚好达到高限报警联锁点。当二次表发生报警时，操作人员还可以查看外浮顶罐的雷达液位计液位值，排除假液位造成的误报警。但由于每个浮盘的油气空间和总高度带有较大差异，油品进入罐体速度快慢也会影响浮盘的油气空间，因此需要咨询浮盘供应商相关参数。浮盘的油气空间和浮盘高度的不确定性导致外贴。

以上三个方案均已在应用中取得良好的效果。长型音叉式液位开关顶装式具有测量准确和性能可靠的特点，但是价格比较贵；短型音叉式液位开关侧装式价格适中，但是侧装式导致其叉板容易粘附物料；外贴超声波液位开关价格便宜，但是浮盘干扰导致其测量误差较大。设计施工人员根据项目情况择优选用最佳方案。