摘要：液位監控及連鎖是石化企業安全生產中的重要環節，液位開關是保證這一重要環節的關鍵設備，液位是否能被準確監控，連鎖動作是否可靠直接取決于液位開關的性能好壞。本文簡要敘述了幾種常見液位開關工作原理優、缺點，并詳細論述了ELL-SA外測液位開關的測量原理及其特點，并結合工業現場情況介紹了安裝方法；通過幾種液位開關的比對，可作為用戶根據自身工業現場情況選用合適液位開關的參考。
　　
　　關鍵詞：液位監控、連鎖、液位開關、浮球式、光電式、超聲波、外測式液位開關,丁辛醇儲罐,變頻超聲波技術、變頻變幅、微振動分析
　　
　　The Application of External Liquid Level Switch in the?Butanol and Octanol Tank
　　
　　Zhanghongfei，Liangdong
　　
　　(PetroChina DAQING Petrochemical Pompany，Heilongjiang，Daqing)
　　
　　Abstract: This paper briefly describes the measuring principle and characteristics of the external liquid level switch, and introduces the installation method according to the actual conditions on site，which has a certain significance of application.
　　
　　Keywords: external liquid level switch，butanol and octanol tank，frequency conversion ultrasonic technology
　　
　　一、引言
　　
　　安全工作是企業生存與發展的基礎，也是國家財產和人民群眾生命健康安全的根本保障。石油化工行業的特點是生產工藝復雜、設備高溫高壓、原料和產品易燃易爆，因此安全工作在石化企業的各項工作中處于首要位置。石化企業中有四大zui重要的監測數據，液位、壓力、溫度和流量，液位作為四大重要數據之一，對于它的監控在石化企業安全生產中有著舉足輕重作用。
　　
　　近幾年，隨著我國石油化工行業的不斷發展，石化企業安全生產面臨著許多新的形勢，特別是近年來重大事故頻發，使國家和社會各界對石油化工企業的安全生產提出了更高的要求。SIS系統（安全儀表系統）在石化企業得到了越來越廣泛的運用，不僅可實現液位到達監測位置報警，而且可連鎖動作相關設備，這樣也就對液位開關的可靠性、穩定性、性以及簡便性提出了更高的要求。
　　
　　大慶石化公司丁辛醇裝置于1986年6月18日建成投產，裝置以丙烯、合成氣為原料，采用Davy/DOW低壓羰基合成工藝技術生產2-乙基己醇和正丁醇，同時副產異丁醇。2012年裝置進行擴能改造，羰基合成系統由氣相循環改為液相循環，原裝置后部系統變為丁醇生產線，同時增加一條辛醇生產線。
　　
　　在丁辛醇裝置的生產中，其zui終產品和中間產品都屬于液體，很多具有易燃易爆、易揮發、有毒性、有刺激性氣味等特點，裝置設有儲罐區域。為了防止空罐和冒罐，公司投產以來用了幾種液位開關，浮球式、光電式液位開關，由于這兩幾種液位開關是插入式，需在罐上開孔，造成罐區周圍長期存在異味，由于各自的局限性，有時開關誤報，導致連鎖動作失誤。之后又選用了西安定華的ELL變頻超聲波液位開關。
　　
　　二、幾種開關的工作原理
　　
　　2.1、浮球式液位開關的工作原理
　　
　　利用浮球液位開關的磁性浮子隨液位升或降，使傳感器檢測管內設定位置的干簧管芯片動作，發出接點開（關）轉換信號。
　　
　　在密閉的非導磁性管內安裝有一個或多個干簧管，然后將此管穿過一個或多個中空且內部有環形磁鐵的浮球，液體的上升或下降將帶動浮球一起上下移動，從而使該非導磁性管內的干簧管產生吸合或斷開的動作，從而輸出一個開關信號。
　　
　　2.2、光電式液位開關的工作原理
　　
　　光電液位開關使用紅外線探測，利用光線的折射及反射原理，光線在兩種不同介質的分界面將產生反射或折射現象。當被測液體處于高位時則被測液體與光電開關形成一種分界面，當被測液體處于低位時，則空氣與光電開關形成另一種分界面，這兩種分界面使光電開關內部光接收晶體所接收的的反射光強度不同，即對應兩種不同的開關狀態。
　　
　　2.3、ELL-SA變頻超聲波液位開關的工作原理（如圖一）
　　
　　西安定華股份的EL-SAL變頻超聲波液位開關是擁有的自適應“變頻變幅超聲波技術”， 是指儀表可根據接收到信號波頻、波強或波長的不同，自動調節發射信號的波頻、波強或波長。
　　
　　1、一個監測點用吸附于外罐壁的兩個探頭來實現監測，一個是發射探頭，一個是接收探頭；
　　
　　2、發射探頭可變頻、變幅發射超聲波，接收探頭接收沿著罐壁傳播過來的余振信號；
　　
　　3、當被監測點有液體時，發射探頭發射的超聲波信號會向液體中傳播掉一部分，接收探頭接收到的余振信號經過了大幅衰減，幅值會變小；
　　
　　4、當被監測點無液體時，發射探頭發射的超聲波信號不會在空氣中傳播掉，接收探頭接收到的余振信號衰減很小，幅值會變大；
　　
　　5、接收探頭把接收到的信號傳給主機，主機會自動根據信號幅值的大小等特征判斷被監測點有液或無液；
　　
　　6、根據有液或無液輸出一個開關量，用于聯鎖相關設備或進行聲光報警。
　　
　　圖一、變頻超聲波液位開關的工作原理
　　
　　三、幾種液位開關的優、缺點比較
　　
　　3.1、浮球式液位開關
　　
　　優點：
　　
　　1、浮球開關不含容易導致故障發生和波紋管、彈簧、密封等部件，而是采用直浮子驅動開關內部磁鐵；
　　
　　2、浮球液位開關是一種結構簡單、使用方便、安全可靠的液位控制器。它比一般機械開關速度快、工作壽命長；與電子開關相比，它又有抗負載沖擊能力強的特點,一只產品可以實現多點控制；
　　
　　3、應用廣泛
　　
　　缺點：
　　
　　1、浮球開關是簡單的被動器件，并且不具有自檢查功能，需要對其進行定期檢查與維護；
　　
　　2、浮球或浮筒物位計是活動部件，因此用在更濃或黏稠液體中時會被弄臟。測量精度較差，黏度<0.8mpa*s時不能工作。對容器內壓力、密度、介電常數有要求、安裝需停產、清罐、開孔、動火。
　　
　　3、安裝位置比較高，維修檢查時必須搭設腳手架，人員高空作業；
　　
　　4、浮球式液位開關配套的閥門、法蘭等處屬于密封點，一旦有泄漏，難于維修，如果切斷閥關不嚴，液位開關無法切出；
　　
　　5、開關內部與罐體連通，充滿介質，冬季外部需要保溫伴熱，儀表維護量較大，另外，伴熱管路復雜，與現場儲罐整體性不協調。
　　
　　3.2、光電式液位開關
　　
　　優點：
　　
　　1、沒有機械運動部件,可靠性高；
　　
　　? 2、體積小，性價比高；
　　
　　3、液位控制精度高，可重復性好。
　　
　　缺點：不適用于冷凍液體和結晶液體。
　　
　　3.3、ELL-SA變頻超聲波液位開關
　　
　　優點：
　　
　　1、技術：產品采用了西安定華的“微振動分析”信號處理技術，保證了可靠性和度；
　　
　　2、安全：在測量有毒害、有腐蝕、有壓力、易燃爆、易揮發、易泄漏的液體時，不使用閥門、連通管、接頭，沒有漏點，不接觸罐內的液體和氣體，非常安全。即使在儀表損壞或維修狀態下，也*引起泄漏、毒害、爆炸的可能。
　　
　　3、安裝、維修方便：安裝維修時不動火，不清罐，不影響生產。
　　
　　4、可靠耐用：傳感器和儀表中無機械運動部件，并嚴格密封，與外界隔離，不會磨損或腐蝕。
　　
　　5、適用廣泛：與被測介質的壓力、溫度、密度、介電常數、黏度及有無腐蝕性無關。可廣泛用于石化、化工、油庫、石油、電力、液體儲運、醫藥等行業。
　　
　　缺點：對罐體的材質要求為不能是非硬質材料。對安裝要求較高，測量探頭安裝間距為1米左右，兩個探頭中間不能有焊縫（即在同一塊鋼板上）。
　　
　　四、ELL-SA變頻超聲波的安裝要求
　　
　　ELL-SA外測液位開關由儀表主機（變送器）和探頭組成，立罐單點儀表安裝如圖二所示。
　　　　
　　4.1、儀表主機的安裝要求
　　
　　1、在罐子報警點附近選擇位置，低位報警點在近報警點位置安裝；高位可在罐頂選擇近報警點位置安裝，盡量縮短探頭到變送器距離；
　　
　　2、變送器安裝采用2寸立管固定或安裝儀表保護箱，立管高度1.2~1.5米。變送器安裝位置盡量選擇便于操作、觀察、人員易到位置；
　　
　　3、避免陽光直射
　　
　　4.2、探頭的安裝要求
　　
　　ELL-SA外測液位開關能否可靠工作，在很大程度上取決于測量頭的安裝是否正確，對于碳鋼儲罐，測量頭一般采用磁力強力磁環直接吸附；對于不銹鋼儲罐，則采用膠粘貼或焊接連接底座。
　　
　　1、按報警點在壁上選擇測量頭安裝位置，兩個測量頭間距1000mm，不跨焊縫，距水平焊縫距離大于100mm，距豎直焊縫距離大于300mm，盡量遠離焊縫；
　　
　　2、罐壁測量頭安裝表面打磨規范，容器壁上的安裝面尺寸應保證為不小于φ80mm的圓面，表面平面度應達到0.15mm，表面粗糙度應達到1.6。安裝面應無焊渣、漆塊，使測量頭能夠*緊密地貼附在容器壁上；
　　
　　3、儀表高低位校準過程中探頭到主機之間線纜長度要與zui終使用線纜長度一致；
　　
　　4、探頭安裝完畢后，用密封膠可靠密封。
　　
　　五、 實際使用中的效果測試
　　
　　5.1、企業使用ELL-SA變頻超聲波液位開關的目的
　　
　　防滲漏，消除罐區周圍存在異味，液位開關高位監控，可靠連鎖進液泵，防冒罐。
　　
　　5.2、要求實現的功能
　　
　　公司對其中的七個儲罐進行了改造，由原來的常壓儲罐改為浮頂式儲罐，對配套的儀表同時進行了更新改造，應用西安定華新型的ELL-SA外測式液位開關。
　　
　　丁辛醇儲罐直徑12m，高度15.7m，罐壁厚度11mm，高報點（液位高于此位置報警）12m。
　　
　　超過高報點時，DCS室聲光報警器報警，同時連鎖進料泵關閉，停止進料。
　　
　　5.3、實際使用效果
　　
　　儲罐進料泵啟動，從低液位開始進料，ELL-SA變頻超聲波液位開關繼電器輸出長閉，儀表顯示LO（無液狀態），當儲罐進料到12m，儀表顯示由LO變為HI（有液狀態），繼電器輸出由常閉變為常開，連鎖進料泵關閉，進料停止，DCS室聲光報警器紅燈亮起，警報響起。七臺ELL-SA變頻超聲波液位開關全部進行了實際測試，均能達到預期的使用效果。結論，ELL-SA變頻超聲波液位開關的使用效果完夠滿足企業的要求。
　　
　　六、結束語
　　
　　通過對ELL-SA變頻超聲波液位開關在實際工況下的安裝測試，效果十分理想，ELL變頻超聲波液位開關還具有防爆等級、防護等級高的特點，有隔爆型（EXd）和本安型（EXia）；有IP67和IP65，因此ELL變頻超聲波液位開關適用于各種容器各種液體的定點液位測量及報警連鎖，可廣泛用于石化、化工、油庫、石油、電力、液體儲運等行業，在壓力容器、危險化學液體、易燃易爆液體等的定點液位測量及報警領域具有顯著的優勢，具有廣闊的發展前景。
　　
　　參考文獻：
　　
　　(1)石油化工自動控制設計手冊 ISBN 7-5025-2696-X
　　
　　(2) 《外測式液位計在氫氟酸儲罐上的應用》,高奉林，《石油化工自動化》，1007-7324（2014）05 0071 03
　　
　　（3）《ELL-SA外測式液位開關使用說明書》，作者：西安定華電子股份有限公司
　　
　　（4）《西安定華產品選型樣本》，作者：西安定華電子股份有限公司
　　
　　（5）《ELL-SA外測式液位開關企業標準》，作者：西安定華電子股份有限公司
　　
　　（6）《超聲波測液位技術中對提高測試精度的研究》齊建堂，王聰，苗德霖， 陜西省ndt年會-2002
　　
　　（7）《超聲波液位測量方法的研究》莫德舉，劉艷艷-《儀器儀表與分析監測》-2007
　　
　　（8）《超聲波液位測量儀的誤差分析與抗干擾措施》李萍-《交通科技與經濟》-2006