罐體尺寸的設計以及就地顯示液位儀表的選擇

一、本文概述　　
工業(yè)生產中經常要安裝和使用到罐體，用于儲存生產中液態(tài)原料和液體產成品。罐體內的液體介質高度對于生產來說是一項重要的數(shù)據(jù)，要通過安裝合適的液位儀表的測量得到，罐體的尺寸對于后續(xù)的儀表選擇和安裝是一個非常重要的因素，它關系到持續(xù)安全可靠生產。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行。而達到這一目標的一個困難就是罐體的尺寸設計。

選擇安裝液位儀表通常是由不同的人在不同的時間來完成的，而不是作為一個系統(tǒng)做全面的評估。就地儀表安裝在罐上，顯示罐的液位并自動控制液位，如果發(fā)生報警則表示出現(xiàn)了異常情況，提醒操作工立即做出反應。達到安全生產線時自動將工藝恢復到安全狀態(tài)。液位儀表的使用技術以及它們的安裝方法都罐的有效使用、對控制系統(tǒng)都有著重大影響。本文就是從設計罐的尺寸、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，并通過實際的案例說明整體構思的效益。
　
二、設計罐的尺寸
目前在化工行業(yè)中(CPI)對罐的尺寸的設計有很多種選擇，最通用的有兩種方法。
　　第一種方法：在半滿的基礎上以每分鐘的流量數(shù)或者駐留時間計算罐的體積，大部分實踐都用5分到10分鐘。裂解爐進料緩沖罐與壓縮機入口分離罐的液體槽都是特別設計的，因為在那里需要更多的駐留時間。這種方法只需要知道體積流量以及罐所輸入的設備則可以對罐進行設計了，所以被廣泛使用。
　　第二種方法：這種方法特別用于設計蒸餾回流罐，但是通過調整駐留時間則也可以設計其它類型的工藝罐。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雜一點。
　　還有其它設計方法與第二種方法不一樣，那就是應該考慮到罐跑空或者溢罐時可能會發(fā)生的危險。
　　
三、設計罐尺寸的最佳范例
　　當罐處于概念設計階段時，為了節(jié)約預算，又沒有足夠的資料來明確生產極限，因此在設計的初期階段通常以訂單的25%到75%預測費用。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，為確保罐的可使用體積能滿足罐的功能還要再考慮一個因素，即除了第二種方法所涉及到的使用極限外，設計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
　　·怎樣安裝液位儀表
　　·危險情況發(fā)生之前的報警及操作工做出適當反應的時間在很多種情況下這兩種方法產生相同的效果，但是花少量的時間優(yōu)化罐的詳細設計會清楚的知道一個罐的實際操作范圍，會有意想不到的收益。
　　2.1就地液位儀表
　　就地液位儀表可以在現(xiàn)場從外觀上就可以確認出生產中液位是否過多，校正液位傳感器、測試液位開關。下邊討論兩種經常使用的型號：
　　A)玻璃液位計，一個單面的玻璃液位計，是一種簡單的直觀的觀察液位的儀表。相對于罐的可使用體積玻璃液位計的一個局限是它通常只延伸3in或者在液位計頂部到底部總計6in，罐可以使用那一部分不能完全被液位計所看見，所以生產極限范圍被忽略了。而且由于存在著工藝介質被損壞或者丟失的風險，較高的罐通常需要多個重疊的液位計（通常5-ft 或者更短），這樣則還需要幾個到儀表、排放或者放空閥的平臺。
　　B）磁翻板液位計：腔內安有一個磁性浮子，當浮子通過磁場時顯示器的磁性翻柱就改變了顏色。這種型號的液位計可以處理其它液位計不能處理的局限問題。磁翻板液位計能測量整個寬度，而且不會有玻璃損壞的現(xiàn)象發(fā)生。所以用一個儀表就可以輕松測量10英尺或者更長的范圍，就是說不需要更多的到儀表閥的平臺。安裝時還需要考慮的問題是：磁翻板液位計在底部與浮子連接的地方需要更多的空間，以便拆除浮子，因為浮子比一個普通的玻璃儀表要大很多并重很多，也需要更強的支撐。
　　2.2傳感器與開關
　　液位傳感器與開關可以在遠處顯示出罐中的液位，通常是通過4-20mA的遠傳信號輸出實現(xiàn)這一功能。有一個自動液位控制與報警來顯示非正常狀態(tài)，提示操作工立即采取行動。如果達到了生產極限，它可以使工藝自動恢復到安全狀態(tài)。目前市場上有許多傳感器與開關的技術，單一的技術不能滿足各種生產的需要。傳感器的測量范圍通常與就地儀表的測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行校正檢查保證其功能的正確性。
　　2.3應該建立一個罐容量表將液位讀數(shù)的百分比轉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)都可以用自動轉換公式編程。通常高位報警與停車的設定點都不超過傳感器測量范圍的90%。同樣，低位報警與停車的設定點都不超過傳感器測量范圍的10%.由此保證在正常工況下能讀出所有重要數(shù)據(jù)。
　　
四、在選擇液位儀表時應該考慮下列技術方面的問題
　　3.1正常工況或者異常工況下所測量的液體物理性質變化的問題
　　如果液體密度有明顯的變化則不能選用差壓儀表測量。如果液體電導率有變化或者很低，雷達或電容技術則不合適。
　　3.2任何停車點都設定在報警點之后，提醒操作工立即采取行動，使工藝恢復到正常狀態(tài)，防止超過安全線
　　報警點與停車點的時間差應該是給操作工足夠的時間做出反應處理發(fā)生的問題。
　　3.3為保證液位儀表的設計與工藝設計相互一致，在工藝儀表圖(P&ID)也應表示出罐的高低報警與停車點。
　　3.4液位儀表的鞍橋
　　在罐上通常使用液位儀表鞍橋將多個液位儀表安裝在一幅工藝連接點上，而不是給每個儀表都分別提供與罐的接點。這樣可以避免對罐造成不必要的壓力或者因增加壓力而增加罐的壁厚，進而增加安裝噴嘴的費用。將儀表安裝在橫向鞍橋上的時候通常需要工藝接點水平方向交叉避免互相產生界面。如果每個儀表都在罐上有獨立的接點則可以避免這個問題，也不需要鞍橋，減少了焊接的費用，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計之間的界面。所有這些都降低了液位儀表安裝的復雜性和費用。
　
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量與控制范圍內應采取下列步驟，這些步驟中的每一個都能增加大約6 in的測量范圍或者總計大約18in:
　　4.1使用磁翻板液位計而不是玻璃液位計。
　　4.2使用液位傳感器測量整個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，能測量的總體積的百分比就越大，大約18英寸，同時對臥式罐、側壁較短的排水罐、立式罐也是如此。
　　例如：分別一個磁翻板液位儀表、一個傳感器安裝在一個立式罐上。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。因為磁性液位儀表直接安裝在罐上，工藝連接之間的可視范圍覆蓋了10 ft。因為安裝了液位傳感器所以測量范圍和液位儀表的相同，覆蓋了整個10ft的范圍。傳感器測量范圍的報警點在90% 與 10%之間只對操作極限有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警范圍內可使用容量。通過改變儀表的型號與安裝方法，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工藝改變有更大的允許度而不會產生報警或停車。
　　另一個重要方面是系統(tǒng)的安裝費用比以前的要小很多。因為它不需要鞍橋配管、閥門較少、焊點較少而且節(jié)省儀表。占用的實際空間也少。
　
六、結論
　　為確保罐的尺寸設計合理考慮如何安裝儀表是非常重要的。全面評估罐的就地儀表主要應包括:
　　·工藝標的
　　·罐的成本效益設計
　　·液位儀表技術與安裝方法
　　·操作工對報警及重新控制安全生產所需的時間
　　·巡查維護儀表、截止閥、放空、排放閥所需的通道與平臺