罐體尺寸的設(shè)計(jì)以及就地顯示液位儀表的選擇

一、本文概述　　
工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要安裝和使用到罐體，用于儲(chǔ)存生產(chǎn)中液態(tài)原料和液體產(chǎn)成品。罐體內(nèi)的液體介質(zhì)高度對(duì)于生產(chǎn)來說是一項(xiàng)重要的數(shù)據(jù)，要通過安裝合適的液位儀表的測(cè)量得到，罐體的尺寸對(duì)于后續(xù)的儀表選擇和安裝是一個(gè)非常重要的因素，它關(guān)系到持續(xù)安全可靠生產(chǎn)。因此說，工藝罐中的液位儀表選擇最具挑戰(zhàn)性，決定裝置是否能安全可靠的運(yùn)行。而達(dá)到這一目標(biāo)的一個(gè)困難就是罐體的尺寸設(shè)計(jì)。

選擇安裝液位儀表通常是由不同的人在不同的時(shí)間來完成的，而不是作為一個(gè)系統(tǒng)做全面的評(píng)估。就地儀表安裝在罐上，顯示罐的液位并自動(dòng)控制液位，如果發(fā)生報(bào)警則表示出現(xiàn)了異常情況，提醒操作工立即做出反應(yīng)。達(dá)到安全生產(chǎn)線時(shí)自動(dòng)將工藝恢復(fù)到安全狀態(tài)。液位儀表的使用技術(shù)以及它們的安裝方法都罐的有效使用、對(duì)控制系統(tǒng)都有著重大影響。本文就是從設(shè)計(jì)罐的尺寸、液位儀表的選擇到安裝的為用戶選擇一種最佳方案提供思路，并通過實(shí)際的案例說明整體構(gòu)思的效益。
　
二、設(shè)計(jì)罐的尺寸
目前在化工行業(yè)中(CPI)對(duì)罐的尺寸的設(shè)計(jì)有很多種選擇，最通用的有兩種方法。
　　第一種方法：在半滿的基礎(chǔ)上以每分鐘的流量數(shù)或者駐留時(shí)間計(jì)算罐的體積，大部分實(shí)踐都用5分到10分鐘。裂解爐進(jìn)料緩沖罐與壓縮機(jī)入口分離罐的液體槽都是特別設(shè)計(jì)的，因?yàn)樵谀抢镄枰嗟鸟v留時(shí)間。這種方法只需要知道體積流量以及罐所輸入的設(shè)備則可以對(duì)罐進(jìn)行設(shè)計(jì)了，所以被廣泛使用。
　　第二種方法：這種方法特別用于設(shè)計(jì)蒸餾回流罐，但是通過調(diào)整駐留時(shí)間則也可以設(shè)計(jì)其它類型的工藝罐。這種方法需要掌握罐的使用極限來確定管道總體積，所以比第一種方法稍復(fù)雜一點(diǎn)。
　　還有其它設(shè)計(jì)方法與第二種方法不一樣，那就是應(yīng)該考慮到罐跑空或者溢罐時(shí)可能會(huì)發(fā)生的危險(xiǎn)。
　　
三、設(shè)計(jì)罐尺寸的最佳范例
　　當(dāng)罐處于概念設(shè)計(jì)階段時(shí)，為了節(jié)約預(yù)算，又沒有足夠的資料來明確生產(chǎn)極限，因此在設(shè)計(jì)的初期階段通常以訂單的25%到75%預(yù)測(cè)費(fèi)用。第一種方法是很精確的而且易于使用。在最終確定罐的尺寸時(shí)，為確保罐的可使用體積能滿足罐的功能還要再考慮一個(gè)因素，即除了第二種方法所涉及到的使用極限外，設(shè)計(jì)罐的工程師還要考慮下列問題：
　　·使用什么樣的液位儀表技術(shù)
　　·怎樣安裝液位儀表
　　·危險(xiǎn)情況發(fā)生之前的報(bào)警及操作工做出適當(dāng)反應(yīng)的時(shí)間在很多種情況下這兩種方法產(chǎn)生相同的效果，但是花少量的時(shí)間優(yōu)化罐的詳細(xì)設(shè)計(jì)會(huì)清楚的知道一個(gè)罐的實(shí)際操作范圍，會(huì)有意想不到的收益。
　　2.1就地液位儀表
　　就地液位儀表可以在現(xiàn)場(chǎng)從外觀上就可以確認(rèn)出生產(chǎn)中液位是否過多，校正液位傳感器、測(cè)試液位開關(guān)。下邊討論兩種經(jīng)常使用的型號(hào)：
　　A)玻璃液位計(jì)，一個(gè)單面的玻璃液位計(jì)，是一種簡(jiǎn)單的直觀的觀察液位的儀表。相對(duì)于罐的可使用體積玻璃液位計(jì)的一個(gè)局限是它通常只延伸3in或者在液位計(jì)頂部到底部總計(jì)6in，罐可以使用那一部分不能完全被液位計(jì)所看見，所以生產(chǎn)極限范圍被忽略了。而且由于存在著工藝介質(zhì)被損壞或者丟失的風(fēng)險(xiǎn)，較高的罐通常需要多個(gè)重疊的液位計(jì)（通常5-ft 或者更短），這樣則還需要幾個(gè)到儀表、排放或者放空閥的平臺(tái)。
　　B）磁翻板液位計(jì)：腔內(nèi)安有一個(gè)磁性浮子，當(dāng)浮子通過磁場(chǎng)時(shí)顯示器的磁性翻柱就改變了顏色。這種型號(hào)的液位計(jì)可以處理其它液位計(jì)不能處理的局限問題。磁翻板液位計(jì)能測(cè)量整個(gè)寬度，而且不會(huì)有玻璃損壞的現(xiàn)象發(fā)生。所以用一個(gè)儀表就可以輕松測(cè)量10英尺或者更長(zhǎng)的范圍，就是說不需要更多的到儀表閥的平臺(tái)。安裝時(shí)還需要考慮的問題是：磁翻板液位計(jì)在底部與浮子連接的地方需要更多的空間，以便拆除浮子，因?yàn)楦∽颖纫粋€(gè)普通的玻璃儀表要大很多并重很多，也需要更強(qiáng)的支撐。
　　2.2傳感器與開關(guān)
　　液位傳感器與開關(guān)可以在遠(yuǎn)處顯示出罐中的液位，通常是通過4-20mA的遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出實(shí)現(xiàn)這一功能。有一個(gè)自動(dòng)液位控制與報(bào)警來顯示非正常狀態(tài)，提示操作工立即采取行動(dòng)。如果達(dá)到了生產(chǎn)極限，它可以使工藝自動(dòng)恢復(fù)到安全狀態(tài)。目前市場(chǎng)上有許多傳感器與開關(guān)的技術(shù)，單一的技術(shù)不能滿足各種生產(chǎn)的需要。傳感器的測(cè)量范圍通常與就地儀表的測(cè)量范圍相同或者略低（通常4-6 in.)。這樣傳感器的讀數(shù)則可以直接與外觀檢查的傳感器相比較進(jìn)行校正檢查保證其功能的正確性。
　　2.3應(yīng)該建立一個(gè)罐容量表將液位讀數(shù)的百分比轉(zhuǎn)換成罐容量的百分比
　　如果需要，大部分現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)都可以用自動(dòng)轉(zhuǎn)換公式編程。通常高位報(bào)警與停車的設(shè)定點(diǎn)都不超過傳感器測(cè)量范圍的90%。同樣，低位報(bào)警與停車的設(shè)定點(diǎn)都不超過傳感器測(cè)量范圍的10%.由此保證在正常工況下能讀出所有重要數(shù)據(jù)。
　　
四、在選擇液位儀表時(shí)應(yīng)該考慮下列技術(shù)方面的問題
　　3.1正常工況或者異常工況下所測(cè)量的液體物理性質(zhì)變化的問題
　　如果液體密度有明顯的變化則不能選用差壓儀表測(cè)量。如果液體電導(dǎo)率有變化或者很低，雷達(dá)或電容技術(shù)則不合適。
　　3.2任何停車點(diǎn)都設(shè)定在報(bào)警點(diǎn)之后，提醒操作工立即采取行動(dòng)，使工藝恢復(fù)到正常狀態(tài)，防止超過安全線
　　報(bào)警點(diǎn)與停車點(diǎn)的時(shí)間差應(yīng)該是給操作工足夠的時(shí)間做出反應(yīng)處理發(fā)生的問題。
　　3.3為保證液位儀表的設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)相互一致，在工藝儀表圖(P&ID)也應(yīng)表示出罐的高低報(bào)警與停車點(diǎn)。
　　3.4液位儀表的鞍橋
　　在罐上通常使用液位儀表鞍橋?qū)⒍鄠€(gè)液位儀表安裝在一幅工藝連接點(diǎn)上，而不是給每個(gè)儀表都分別提供與罐的接點(diǎn)。這樣可以避免對(duì)罐造成不必要的壓力或者因增加壓力而增加罐的壁厚，進(jìn)而增加安裝噴嘴的費(fèi)用。將儀表安裝在橫向鞍橋上的時(shí)候通常需要工藝接點(diǎn)水平方向交叉避免互相產(chǎn)生界面。如果每個(gè)儀表都在罐上有獨(dú)立的接點(diǎn)則可以避免這個(gè)問題，也不需要鞍橋，減少了焊接的費(fèi)用，也減少了安裝儀表所需閥門的數(shù)量，從而完全消除工藝控制與管線設(shè)計(jì)之間的界面。所有這些都降低了液位儀表安裝的復(fù)雜性和費(fèi)用。
　
五、液位儀表的最佳范例
　　為了最有效的使用罐并使其在儀表測(cè)量與控制范圍內(nèi)應(yīng)采取下列步驟，這些步驟中的每一個(gè)都能增加大約6 in的測(cè)量范圍或者總計(jì)大約18in:
　　4.1使用磁翻板液位計(jì)而不是玻璃液位計(jì)。
　　4.2使用液位傳感器測(cè)量整個(gè)就地儀表的可視范圍而不是狹小的范圍。
　　4.3用其自身的工藝連接將儀表直接安裝在罐上，不使用鞍橋。
　　罐的尺寸越小，能測(cè)量的總體積的百分比就越大，大約18英寸，同時(shí)對(duì)臥式罐、側(cè)壁較短的排水罐、立式罐也是如此。
　　例如：分別一個(gè)磁翻板液位儀表、一個(gè)傳感器安裝在一個(gè)立式罐上。儀表的工藝接口在大約距切線距離12in的地方，所以噴嘴大約為10ft。因?yàn)榇判砸何粌x表直接安裝在罐上，工藝連接之間的可視范圍覆蓋了10 ft。因?yàn)榘惭b了液位傳感器所以測(cè)量范圍和液位儀表的相同，覆蓋了整個(gè)10ft的范圍。傳感器測(cè)量范圍的報(bào)警點(diǎn)在90% 與 10%之間只對(duì)操作極限有24 in的丟失。在這種情況下，罐的高度是12 ft，罐中間8 ft的地方代表傳感器報(bào)警范圍內(nèi)可使用容量。通過改變儀表的型號(hào)與安裝方法，操作極限與可使用容量與以前相比增加了15%。雖然這個(gè)罐的尺寸與原來的相同，但是增加的15%可使用容量則可以對(duì)工藝改變有更大的允許度而不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警或停車。
　　另一個(gè)重要方面是系統(tǒng)的安裝費(fèi)用比以前的要小很多。因?yàn)樗恍枰皹蚺涔?、閥門較少、焊點(diǎn)較少而且節(jié)省儀表。占用的實(shí)際空間也少。
　
六、結(jié)論
　　為確保罐的尺寸設(shè)計(jì)合理考慮如何安裝儀表是非常重要的。全面評(píng)估罐的就地儀表主要應(yīng)包括:
　　·工藝標(biāo)的
　　·罐的成本效益設(shè)計(jì)
　　·液位儀表技術(shù)與安裝方法
　　·操作工對(duì)報(bào)警及重新控制安全生產(chǎn)所需的時(shí)間
　　·巡查維護(hù)儀表、截止閥、放空、排放閥所需的通道與平臺(tái)