罐区及储运的常用仪表

罐区及储运的常用仪表

储罐是流体工业普遍需要使用的储存设备，主要测量其液位、温度、密度和压力（带压储罐）等参数，据以计算出储液的体积及质量储量，以及进出口阀门的控制，进出流量必要的计量。

低温储罐的制冷不在此讨论。

储罐一般分为中间罐和贸易罐（原料、成品）两大类。

中间储罐仅对液位、温度和压力（带压储罐）等参数进行监测，以防止油罐发生冒顶、抽真空等事故，不需要交接计量；贸易用罐内介质的液位、温度、密度、体积、质量则必须监测和计量，且精度要求很高。不同的体积和种类的油罐，所采用液位计的性能特点也不一样，因此，应根据用户的需要及投资条件，合理选用液位计，以便达到最合理的性能价格比。

除计量用仪表，其他仪表的稳定性、可靠性的需求要高于精度的需求。

在仪表选型时应根据环境条件（温度、湿度、海拔、海洋气候、风沙等）储罐形式、罐区检修及操作周期，结合全生命周期成本，选择合适的仪表。

1、液位仪表

中国罐区计量一般以重量计算，在正常生产中却需要监视液位，本文着重讨论液位计的选用，并根据储罐形式计算体积量，必要时可采用密度补偿计算其储存质量。

常用的储罐液位仪表主要有雷达液位变送器、伺服液位计、钢带浮子液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计、外贴式超声波液位计、差压式液位变送器、浮筒液位变送器、磁浮子液位计、玻璃板液位计、浮标液位计等。

储罐液位仪表的精度取决于其用途，作为监视、报警、联锁精度一般选择±5mm，

就地仪表精度为±10mm，作为贸易计量则精度应为±1mm。

1.1雷达液位计

雷达液位仪表是一种不与液体接触、无机械传动部件的仪表，工作可靠，特别适用于高黏度、腐蚀性强的介质，个别产品可用于高温，最大优点是液位测量精度高，一般5mm，高精度可达1mm，特殊的可达0.1mm，一般用于大型储罐，高温、高黏、高腐蚀性介质，响应速度快。

当储罐内有遮挡物及搅拌器时也可应用。

选用雷达液位计时，应考虑如下参数、储罐类型、介质及物性（介电常数、挥发、沸腾、蒸汽、粉尘、黏附等），操作参数（温度、压力等），测量范围等。

雷达液位计发射波分为连续调频和脉冲波（此类仪表又称为微波料位测量仪表），安装形式分为接触式和非接触式。

连续调频波，通过对比反射和当前发射波的频率差，进行信号处理，经傅里叶变换得出距离，从而测出液位高度。

脉冲波则采用时域反射技术，通过测量发射脉冲与反射脉冲的时间差，检测液位高度。

接触式雷达主要指导波杆/缆型天线，主要应用于介电常数较低的介质，如液化气、液氨等。

非接触式雷达主要形式为锥形、水滴形、平面形、喇叭口形、抛物面形等多种天线，主要考虑因素是发射波束角，发射频率，黏附粉尘、介质腐蚀等。

由于雷达波的总能量有限制，因此发射频率越低则需要的波束角越大，最常见的是K波段（24～26.5GHz），由于超高频雷达的波束角更小，使其更适合于粉料的测量。

测量界面时，要求界面清晰，稳定，介电常数相差较大，一般工业中存在乳化层，且不稳定，因此采用雷达液位计测量时，应精确识别反射波的频谱并辅以大量信号处理才能取得准确的结果。

当测量介电常数较低的介质时，也可选用非接触型天线与导波管联合使用。

雷达液位计常用的附件有吹扫装置（用于清理天线）、罐旁表（用于显示）。

雷达液位计可采用二线制及四线制，可选信号类型有4—20mADC、HART、FoundationFieldBus、ProfibusPA等。

雷达液位计常用连接尺寸为4”或6”，当选用抛物面等型式天线时应注意其连接尺寸，通常测量范围越大，波束角要求越小，抛物面越大，连接尺寸越大。

1.2伺服液位计

伺服式液位计被广泛用于储罐液位的高精度测量，是一种多功能仪表，既可以测量液位也可以测量界面、密度和罐底。该液位计基于浮力平衡的原理，用一台伺服电机驱动体积较小的浮子，使浮子随液位或界面变化，能够精确测量出液位等参数。

伺服液位计适用于各类储罐液位检测、控制，其精度可达0.7mm，通过平均温度计的连接，在计算物料体积时可做温度补偿。

伺服液位计可靠性高，故障率比较低。

伺服液位计其与计算机联网，具有很强的数据处理能力，经运算处理可以给出油罐计量所需要的各种参数，如液位、界位、体积、密度、质量等。

安装分为有导管和无导管两种，需要注意的是，对于浮顶罐、有压罐及带有搅拌器或有严重旋流的储罐都应采用导管安装，导管尺寸通常选用150mm或200mm。当无导管安装时，仪表安装位置与储罐进料口保持45°—90°之间，罐上法兰

口中心距罐壁至少500mm，以防止外界温度对测量值的影响，最低测量液位应在进料口上至少500mm，以防介质直接冲击浮子，应避免旋流及波动导致浮子严重摆动。

伺服液位计常用的附件有吹扫装置、罐旁表、标定腔、截止阀等。

注意在进料初期将浮子拉出，避免损坏。

伺服液位计只有四线制，可选信号类型有4—20mADC、HART、FoundationFieldBus、ProfibusPA等。

伺服液位计常用连接尺寸为6”，当测量范围大于16m时，开口尺寸应为8”。

1.3外贴式超声波液位计

储罐外贴式超声波液位计由主机、探头、金属结构件3部分组成，它主要是用于对铁路罐车、汽车罐车及各类储罐的液位测量。

外贴式超声波液位计原理是采用了超声波在罐外穿透罐壁及液体的方法，通过接收液体表面回波信号，测出液面高度。

外贴式超声波液位计最大特点是，无需设备开孔，不受介质本身的限制，常用于液位的高低限的补充测量。

外贴超声波液位计只有四线制，可选信号类型有4—20mADC、干接点。

使用中应避免电磁干扰、超声干扰及振动场合。

1.4钢带浮子液位计

钢带浮子液位计，结构较简单，观测比较直观、价格较低，精度可达2mm，适用范围广，拱顶罐及内浮顶罐均可使用，但其传动部件多，维护量大，对安装要求高，当介质黏度较大时，可能会黏附于导向钢丝上，不宜使用。

一般分为恒力盘簧式和重锤式，测量范围可达30m。

由于外浮顶罐的钢带易受风力影响，导致指示不稳定并且容易破坏衡力盘簧，因此应避免使用。

钢带浮子液位计分为远传型和就地指示型，远传型液位计只有四线制，可选信号类型有4—20mADC、干接点。

1.5浮标液位计

浮标液位计原理与钢带浮子液位计一样，显示部分采用标尺，其精度较低，不能远传，但价格较低。

1.6磁致伸缩液位计

磁致伸缩液位计是一种非接触式的液位计，精度较高，可以安装在油罐的顶部或侧面，其工作原理是利用磁场脉冲波，测量时液位计的头部发出电流“询问脉冲”，此脉冲同时产生磁场，沿波导管内的感应线向下运行，在液位计管外配有浮子，浮子可随液位沿侧杆上下移动，浮子内设有一组永久磁铁，其磁场与脉冲产生的磁场相遇则产生一个新的变化磁场，随之产生新的电磁“返回脉冲”，测定“询问脉冲”和“返回脉冲”的周期便可知道液位的变化。因此，磁致式液位计是以浮子为测量元件通过磁耦合的变化传递到指示器，使指示器能够清晰地指示出液位的高度，液位计配备有液位报警器和液位变送器。报警器可实现液位的上下限控制及极限报警，液位变送器可以将液位的变化转换成一定强度的电流信号。

磁致伸缩液位计，维护量小，安装比较简单，精度也比较高，但不适合重质（黏度大）易黏附介质的测量。

磁致伸缩液位计常用连接尺寸为4”，一般为4线制，可选信号类型有4—20mADC、HART、干接点输出。

1.7电容液位计与射频导纳液位计

电容液位计是利用电容量的变化，来测量容器内介质物位的测量仪表。在容器内，由电极和导电材料制造的容器壁构成了一个电容。对于一个给定的电极，被测介质的介电常数不变时，给电极加一个固定频率的测量电压，则流过电容的电流取决于电容电极间介质的高度，并与之成比例。因此电容物位计是基于电容量的改变，来进行物位测量的。

用电容物位计测量物位的一个基本要求是：被测介质的相对介电常数（被测介质与空气的介电常数之比）在测量过程中应稳定。当操作条件变化对介电常数干扰较大时，不宜用电容液位计。

由于电容电极使用中容易挂料，产生附加电容和电阻会对电容液位计产生直接的影响，因此诞生了射频导纳液位计，通过增加缓冲放大器及交流驱动等补偿技术克服挂料所引起的测量误差。

液位计分为棒式、同轴式、缆式、重型缆式等多种形式，连接尺寸通常为2”,采用交流供电方式，可选信号类型有4—20mADC、HART、干接点输出。

1.8差压式液位变送器

差压式液位测量主要采用差压变送器实现，可根据具体使用条件选择吹气法、普通差压变送器、单法兰差压变送器，双法兰差压变送器，插入式法兰差压变送器。吹气法适用于常压容器中黏稠或腐蚀介质的液位测量，方法简单，但测量范围小，精度较低。

普通差压变送器，适用于不易发生相变，洁净介质的液位测量，必要时应采取保温、伴热等措施。

单法兰差压变送器适用于气相不易相变的常压或低压容器，当气相压力变化时，应将气相压力引入变送器负压侧。

当被测介质含有悬浮物、泡沫、易相变或洁净等工况时，宜采用双法兰差压变送器，当测量范围较大时，会产生较大的滞后。

插入式法兰适用于易析出、易结晶等场合。

此外，还有一种新型的电子远传差压变送器，其原理是两个压力传感器通过电连接，实现差压测量，适用于量程较大的场合，以避免双法兰变送器毛细管受温度影响产生的误差及过长引起的滞后。

静压式储罐测量系统（HTG），用静压原理测量液位并带密度补偿、温度补偿，精度取决于变送器精度，综合精度可达0.01%，一般在储罐下部配置两台压力变送器，高度差2—3m（两变送器间必须为液体），当储罐为带压时，应在顶部再装一台压力变送器，由于其综合精度低于雷达及伺服液位计且设备上开口较多，除要求质量测量外，现在采用较少。

1.9浮筒液位变送器

浮筒液位变送器常用于小量程洁净介质的液位/界面的测量，分为内浮筒及外浮筒液位变送器，测量原理分为扭力管式和力平衡式，一般连接尺寸为2”（外浮筒）或4”（内浮筒），采用两线制供电，可选信号类型有4～20mADC、HART、FoundationFieldBus、ProfibusPA，干接点输出。

1.10超声波液位计

超声波液位计采用声波反射测量液位，易受气雾、温度等干扰，一般用于敞口的水池等的液位测量，罐区液位测量中一般不采用。

1.11音叉液位开关

音叉液位开关常用于储罐的高液位报警或联锁。

音叉液位开关，音叉探头有固定的频率振动，当传感器探头接触到液体时，音叉

振动频率产生变化，电子检测器将这一变化转化成接点信号输出，工作温度-40℃～150℃，工作压力6.4MPa，一般连接尺寸为1”或2”，四线制供电，干接点输出。易黏附或含较大尺寸固体颗粒时不宜采用。

1.12浮球液位开关

浮球液位开关，由浮球、磁钢、外壳和触点等组成，浮球随液位变化从而带动连杆端部的磁钢，外部安装的磁钢经耦合后反向动作，带动微动开关，使触点闭合或断开。操作压力可达6.4MPa，工作温度-40℃—150℃。无需外部供电。

浮球液位开关用于储罐的高低液位报警或联锁，不需要外接电源，一般连接尺寸为1”或4”，干接点输出。

1.13现场指示液位计

就地观测的仪表主要有磁浮子液位计、玻璃板液位计或彩色石英玻璃液位计，示值直观，价格便宜，但精度不高，一般在10mm。

某些磁浮子液位计配上各种变送装置，将液位转换为标准电信号送至控制室显示，精度低、可靠性差，一般仅用于投资有限的小规模罐组。

根据行业不同，大型球罐或立罐逐渐采用其它液位仪表的现场显示功能取代玻璃板等现场液位计。

2、压力仪表

储罐的压力测量比较简单，一般球罐或带压拱顶罐需要压力报警或联锁，微正压拱顶罐或内浮顶罐一般仅氮封时，需要压力测量，压力测量选用压力变送器。3、温度仪表

储罐一般以常温或低温储存，因此常用RTD进行检测，必要时现场采用双金属温度计就地显示，非计量用储罐采用单点温度计，需要进行计量的原料或成品应采

用平均温度计，根据储罐高度一般以6～10点为宜。

由于储罐温度变化较缓慢，可以采用多点温度变送器，以降低费用，但低温储罐应采用单点温度变送器。

温度变送器应能克服现场的温度变化带来的温飘，否则应将RTD信号直接引入控制系统。

4、流量仪表

除非需要计量，罐区一般不需要流量仪表，常用的罐区流量仪表为质量流量计、容积式流量计。

公用工程的计量一般可采用涡街流量计或差压节流装置，必要时采取温度、压力补偿。

5、阀门

储罐的氮封一般选用调节阀，并采用分程控制，为减少扰动及排放，分程应设置足够大的死区（输出信号40%～60%设为死区）。当要求不高时，也可选用自力式调节阀，其调节精度较低。

储存可燃介质的储罐进出口应设置紧急切断阀，用于事故或火灾时的紧急切断，通常选用气动阀门（根据口径选用球阀、蝶阀或闸阀），带防火认证，并采用非金属软管缠绕阀体及执行机构，以保证火灾发生时的有效切断，紧急切断按钮一般设在罐组围堰的入口处。当采用电动执行机构时，电缆及执行机构必须满足持续工作时间15min的防火要求。

根据需要可采用双电磁阀配置，通过并联或串联提高储罐的安全性或可用性。倒罐或生产用开关阀一般需要故障保位，根据管线尺寸可选择电动执行机构、配储气罐的双作用气缸或带气锁阀的单作用气缸。

风沙较大或环境较恶劣的应用环境应采取必要措施，防止大气直接进入气缸，以免造成气缸活塞的损坏。

电动执行机构，一般选择380VAC电源由电气专业直接提供，应区分电动执行机构的信号类型（连续式、脉冲式），根据介质的不同，必要时采用多段式开关阀。液氨中含有微量的触媒催化剂，在液氨的输送过程中这些黑色粉末状物质极易在管道和阀道内沉积，若是闸板阀将会导致阀门无法关严而失效。所以最好选用截止阀或球阀，而且球阀的效果优于截止阀。

用于低温或深冷介质的阀门，必须考虑阀门关闭时的泄压措施。

6、气体检测

对于储存可燃介质或有毒介质的罐区应设置可燃气体/有毒气体检测仪，可燃气体检测仪一般选用催化燃烧式，有毒气体一般选用电化学式。

有毒气体/可燃介质报警器，一般直接接入DCS系统，采用独立的点卡或卡笼，也可根据需要接入火灾报警系统，组成火灾气体报警系统。