（中国成达工程有限公司 成都 610041）
摘要：为提高储罐罐容计量的准确性、时效性，在某储罐项目上设计罐表系统。本文简要介绍该系统的组成及2种常用的储罐液位测量液位计的原理，并总结了雷达液位计的优点。系统选用雷达液位对储罐液位进行测量，采用多点平均温度计对储罐温度进行检测。罐表系统运行稳定，达到设计目的。
关键词：储罐、罐表系统、雷达液位计、多点平均温度计
1.引言
近年来，随着石化企业经营规模的扩大，要求原料及产品的存储能力增加，相应的用于贮存物料的储罐数量增多，容积增大，这就对罐容计量的准确性、时效性提出更高要求。除此之外，现代企业还要求将储罐的实时测量数据及罐容信息反馈至企业信息管理系统，那么储罐项目中设计罐表系统是十分必要的。
笔者以某企业罐区项目的储罐为研究对象，介绍了用于储罐的罐表系统设计和关键仪表的选型。
2.项目概况
项目中共有储罐57个，分为5个罐组。1-4号罐组每个罐组有12个储罐，5号罐组有9个储罐。其中拱顶罐6个，内浮顶罐51个。容积有3000m³（高度：18米）、5000m³（高度：20米）和10000 m³（高度：20米）。储罐储存的物料有硫磺、乙二醇、冰醋酸、1,4-丁二醇、甲醇、甲苯、对二甲苯、混合芳烃、丙酮、柴油、汽油等。储罐数量多，物料品种多样，故设计罐表系统会卓有成效的提高储罐系统的自动化水平和管理水平【1】，以满足企业对准确性、时效性、安全性的要求。
3.罐表系统
3.1罐容计量方案
目前罐容计量技术主要有两种，一种是以体积作为核心计量参数，通过对液位及温度进行精确测量和监控，从而得知罐内物料液面高度和密度，计算出体积，也就是常说的液位法。一种是以质量作为核心参数，通过测量罐内物料的实时静压力，根据储罐的几何参数计算出质量，也叫静压法【2,3】。本项目结合企业要求及项目实际情况，罐容计量方案采用的是液位法，对物料液位及温度进行测量，计算出储罐的实时罐容。
3.2罐表系统组成
本项目罐表系统采用同一品牌的液位计、温度计、罐旁仪、巡检仪等产品来实现。现场部分，每个储罐设置1套液位计，1套温度计，1套罐旁仪。温度计通过HART通讯协议将温度数据传输给液位计，液位计经现场接线箱采用现场总线方式将液位数据、温度数据上传至控制室。同时液位计将液位信息、温度数据通过HART协议传输至罐旁指示仪进行显示，方便现场操作人员巡检观察。
控制室部分，共设计5套储罐巡检仪，每个罐组各用1套，巡检仪通过现场总线协议扫描液位计，采集现场测量的液位信息、温度数据进行罐容计算。
设置1台交换机，巡检仪将罐容计算结果、测量数据通过交换机上传至罐表系统工作站及SCADA系统。罐表系统工作站通过OPC协议读取巡检仪采集到的现场实时测量数据（液位、温度等）以及罐容计算结果，并采用图形直观显示。
设置1个通讯网关，将巡检仪采集的数据转换为MODBUS协议并采用RS-485接口传输给SCADA系统，以便SCADA系统对储罐进行实时监控。
3.3罐表系统仪表选型
3.3.1液位计的选型
目前用于储罐液位测量的液位计主要有雷达液位计和伺服液位计，雷达液位计测量精度最高可达±1mm，伺服液位计测量精度最高可达±0.7mm【4】。
雷达液位计是利用
（s：距离，v：电磁波速度，t:时间）来实现液位测量，它的传感器（天线）以一定的波速角向被测液面发射电磁波，因被测液面的介电常数与空气不同，电磁波在液面上反射，反射波被传感器吸收。被测液位
（H：罐高，v：电磁波速度，t:电磁波发射至吸收到反射波的全行程时间）【6】。
伺服液位计是利用浮力原理进行液位测量，测量钢丝的长度通过浮子随着液位变化而改变，伺服电机通过转动使钢丝处于拉紧状态，此时浮子位于被测液体表面。伺服电机的码盘记录下电机的转动步数，并自动计算出液位的变化量【5】，如果是空罐装料阶段，这个变化量即为储罐的液位，相反如果是出料阶段，用上次记录的液位值减去液位的变化量即为目前储罐的液位。
与伺服液位计比较，雷达液位计具有下列优点：
雷达液位计属于非接触性测量，不受被测物料的密度、浓度、腐蚀性及罐内温度、压力的的影响，适用范围广。
雷达液位计无可移动部件，不存在机械磨损、机械故障等现象，使用周期长，可靠性高，完全免维护。
鉴于上述优点，项目中选用的是计量级雷达液位计进行液位测量，工艺过程接口为8”法兰连接，精度为±1mm。
在实际使用雷达液位计时应注意以下几点：
被测物料的介电常数是否满足厂商要求。因为雷达的电磁波反射是因为被测物料与空气的介电常数不同而产生的【6】。
雷达液位计的安装位置应避开物料进料口，且离罐壁有一定距离（一般要求不小于500mm），天线中心线应与被测物料液面垂直【7】；
对于采用稳波管的情况，稳波管及管上的导流孔应打磨光滑、无毛刺，稳波管的垂直度应满足厂家要求，导流孔直径≤1/10管径，导流空间隔距离200~500mm。
3.3.2温度计的选型
储罐的温度测量常用两种方法，一种是采用单点的铂热电阻，一种是采用多点平均温度计[2]。由于储罐在竖直方向上各处温度不一样，为精确测量温度，项目中采用多点平均温度计进行温度测量。多点平均温度计选用的8点铂热电阻平均温度计，工艺过程接口为4”法兰连接，精度≤0.1℃。
3.3.3罐旁指示仪
本项目选用的罐旁指示仪采用24V DC/回路供电，与雷达液位计采用4~20mA +HART通讯，根据需要读取液位数据及温度数据，最远安装位置可距储罐1200米。罐旁指示仪显示采用5位数显示，并配以柱状图显示过程数据。
3.4上位机系统
上位机硬件部分主要由2台采用双屏配置的台式电脑工作站和1台彩色激光打印机组成。
上位机软件配置则采用基于Windows操作系统的罐表管理软件，基本功能如下：
1)计算功能：软件内集成了根据国内标准、国际标准的计算表格，可对罐容进行实时计算及必要修正；
2)显示功能：罐容信息、储罐参数采用图形化显示，观察直观；
3)报警功能：用户可根据需要对储罐测量数据设置限位报警，并设专用窗口用于显示报警信息；
4)趋势显示：可以显示储罐的实时测量数据和历史趋势；
5)存档功能：储罐的测量数据、计算数据、报警信息以及趋势信息保存在硬盘里，方便用户调用查看；
6)打印报表：采用HTML格式生成报表，供用户打印；
7)通讯功能：支持OPC、MODBUS RS485以及TCP/IP通讯协议，可与其他系统进行数据通讯。
本项目设置的罐表系统完全满足工艺控制要求，运行平稳。
4.结束语
在执行大型储罐项目的工程设计时，设计者应充分了解企业的对储罐控制系统的具体要求以及工艺物料的特性，另外还需熟练掌握各种仪表的工作原理、优点、缺点及使用注意事项，只有这样才能设计出既适用又安全、既可靠又准确的控制系统，为企业创造良好的经济效益。
参考文献：
【1】张华莎.石油化工罐区自动控制系统和生产管理系统【期刊论文】.石油化工自动化，2016，52（1）.
【2】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）.
【3】樊立科.杨荷庭.蒋本豫.油罐库区的计量技术.粮油食品科技，2005，6（13）.
【4】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.
【5】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）.
【6】苏菲.李竞武.微波（雷达）液位计的比较与工程选用.石油化工自动化，2009，4.
【7】刘冰.雷达液位计的测量原理与应用.广州化工，2012，21（40）.
作者简介：张龙（1986-），男，2011年毕业于四川大学测量技术与仪器专业，硕士学位，从事自控工程设计工作8年。
论文作者:张龙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/18
标签：储罐论文; 液位计论文; 测量论文; 液位论文; 系统论文; 物料论文; 温度计论文; 《电力设备》2019年第8期论文;