摘要：音叉式液位開(kāi)關(guān)和外置式超聲波液位控制器（開(kāi)關(guān)）具有多種優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)逐步取代浮球液位開(kāi)關(guān)，成為大型儲(chǔ)罐液位檢測(cè)的重要儀表。本文通過(guò)詳細(xì)介紹這兩種液位開(kāi)關(guān)在儲(chǔ)油罐的設(shè)計(jì)選型和具體安裝，通過(guò)闡述檢測(cè)原理，比較各種安裝方式的優(yōu)缺點(diǎn)，分析產(chǎn)生缺陷的原因以及提出解決方法，為設(shè)計(jì)施工人員進(jìn)行儀表選型和安裝提供重要參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：頂裝式；，側(cè)裝式；外貼式

在國(guó)內(nèi)，音叉式液位開(kāi)關(guān)已經(jīng)成為工業(yè)大型儲(chǔ)罐液位檢測(cè)的重要手段，近年來(lái)逐步替代浮球液位開(kāi)關(guān)。而外貼超聲波液位開(kāi)關(guān)也廣泛應(yīng)用于球罐和壓力罐等工業(yè)場(chǎng)合。工業(yè)大型儲(chǔ)罐，特別外浮頂油罐具有一定特殊性，原因在于外浮頂油罐常用于裝載粘度較大的原油或燃料油，它的外浮盤(pán)隨液位變化而升降。本文將詳細(xì)介紹三種已經(jīng)應(yīng)用在外浮頂油罐液位檢測(cè)的方案。

音叉式液位開(kāi)關(guān)的檢測(cè)原理是利用晶體激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng), 按照約 1200Hz的機(jī)械震蕩頻率振動(dòng)。當(dāng)叉板浸入介質(zhì)時(shí)，振動(dòng)頻率發(fā)生變化，該變化被內(nèi)置的振蕩器監(jiān)測(cè)到并轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。

音叉式液位開(kāi)關(guān)可用于各種復(fù)雜工業(yè)環(huán)境。因結(jié)垢、攪動(dòng)、湍流、振動(dòng)、中等粘度、高溫和高壓等惡劣條件導(dǎo)致不能使用浮球液位開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合均可使用音叉式液位開(kāi)關(guān)。因?yàn)橐舨媸揭何婚_(kāi)關(guān)沒(méi)有活動(dòng)部件, 而且其壓電元件進(jìn)行機(jī)械固定，所以它不受溫度沖擊的影響，無(wú)須維護(hù)和調(diào)整。另由于音叉式液位開(kāi)關(guān)的檢測(cè)不受被測(cè)介質(zhì)密度和電參數(shù)的影響,所以無(wú)論測(cè)量何種液體均不需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校。

另外音叉式液位開(kāi)關(guān)可從任何方向安裝于儲(chǔ)罐，以便實(shí)施液位的上下限位報(bào)警或聯(lián)鎖, 也能安裝在管道上對(duì)料泵進(jìn)行空流監(jiān)視。

1.頂裝式長(zhǎng)型音叉式液位開(kāi)關(guān)

筆者在工作中接觸外浮頂罐通常用于裝載粘度較大的原油或燃料油。音叉式液位開(kāi)關(guān)可用于粘度不大于10000mm2/s的液體中，而長(zhǎng)音叉用于低粘度液體，因?yàn)殚L(zhǎng)音叉更容易粘附高粘度物料，所以安裝方式必須采用頂裝式。其優(yōu)點(diǎn)是避免外浮盤(pán)干擾，且叉體垂直可保證物料能容易地從叉板之間流出，減少高粘度物料在叉板的停留時(shí)間，也減少誤動(dòng)作發(fā)生的頻率。

儀表選型時(shí)應(yīng)注意長(zhǎng)型音叉式液位開(kāi)關(guān)安裝在導(dǎo)向管的頂部，音叉法蘭連接面至液位高限報(bào)警及聯(lián)鎖點(diǎn)的距離達(dá)到3.3m，故采用德國(guó)E+H公司的帶延長(zhǎng)管的FTL51型隔爆音叉液位開(kāi)關(guān)（即長(zhǎng)型音叉式液位開(kāi)關(guān)）。該型號(hào)叉體的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度可以達(dá)到3m，特殊叉體的長(zhǎng)度可達(dá)到6m。實(shí)際使用證明該音叉式液位開(kāi)關(guān)能夠及時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉外浮頂油罐的油料進(jìn)口電動(dòng)閘閥，防止冒罐事故的發(fā)生。

有利必有弊，長(zhǎng)型音叉式液位開(kāi)關(guān)需要廠商特殊制作，故價(jià)格比較昂貴，且在設(shè)計(jì)時(shí)叉體長(zhǎng)度計(jì)算必須準(zhǔn)確無(wú)誤。音叉式液位開(kāi)關(guān)屬于一體化制造，故出廠后無(wú)法延長(zhǎng)和截短。如果叉體太長(zhǎng)就會(huì)導(dǎo)致油罐的油料進(jìn)口電動(dòng)閘閥提前關(guān)閉，外浮頂罐沒(méi)有達(dá)到*大儲(chǔ)存容量。 如果計(jì)算偏差不大，那么可以采用墊高法蘭連接面的方法來(lái)解決；如果叉體太短就會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)閘閥延遲關(guān)閉，外浮頂罐將出現(xiàn)冒罐事故，這個(gè)問(wèn)題暫沒(méi)有合適解決方法，因此頂裝式音叉開(kāi)關(guān)的叉體長(zhǎng)度計(jì)算需反復(fù)檢查。

儀表安裝時(shí)應(yīng)注意外浮頂油罐只有兩條導(dǎo)向管。一條導(dǎo)向管常用于雷達(dá)液位計(jì)和量油孔，另一條導(dǎo)向管則用于安裝多點(diǎn)平均溫度計(jì)和音叉式液位開(kāi)關(guān)。導(dǎo)向管可以起到減少管外油品波動(dòng)對(duì)管內(nèi)儀表的影響，同時(shí)每相隔300～400m鉆一個(gè)內(nèi)徑25mm的平衡孔，以平衡管外管內(nèi)的氣體壓力和油品液位；多點(diǎn)平均溫度計(jì)底部采用錨定重錘或圓環(huán)，按此推理多點(diǎn)平均溫度計(jì)基本靜止不動(dòng)，但事實(shí)若進(jìn)出油流速過(guò)快，由于油料進(jìn)罐后仍會(huì)形成較強(qiáng)的漩渦沖擊浮盤(pán)，扭傷浮盤(pán)和導(dǎo)向管，漩渦通過(guò)導(dǎo)向管的平衡孔導(dǎo)致多點(diǎn)平均溫度計(jì)在導(dǎo)向管內(nèi)做錐形擺動(dòng)現(xiàn)象，多點(diǎn)平均溫度計(jì)會(huì)接觸液位開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致后者誤動(dòng)作。因此導(dǎo)向管內(nèi)徑*少應(yīng)為250mm，需確保液位開(kāi)關(guān)與多點(diǎn)平均溫度計(jì)保持足夠水平距離，以免兩者接觸，見(jiàn)圖 1。

2短型音叉式液位開(kāi)關(guān)側(cè)裝式

由于長(zhǎng)型音叉式液位開(kāi)關(guān)需要特殊制作，而且價(jià)格比較貴，因此可采用短型音叉式液位開(kāi)關(guān)側(cè)裝式的方案。

儀表選型可采用德國(guó)E+H公司的FTL50型隔爆音叉式液位開(kāi)關(guān)，該型號(hào)為一體化形式， 叉體長(zhǎng)度僅為66.5mm， 而且價(jià)格相對(duì)便宜（標(biāo)準(zhǔn)型音叉式液位開(kāi)關(guān)的叉體長(zhǎng)度一般超過(guò) 100mm）。短叉體可大大減少高粘度介質(zhì)的粘附，因此可比長(zhǎng)叉體具有更快的響應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而減少誤動(dòng)作。

儀表安裝時(shí)應(yīng)注意因?yàn)橐舨媸揭何婚_(kāi)關(guān)不能插入外浮頂油罐內(nèi)部，所以必須安裝在油罐側(cè)壁的短管中。短管不應(yīng)太長(zhǎng)，一般100～150mm左右，否則原油或燃料油因?yàn)闇囟冉档投饾u沉積在短管中。短管的形式除了采用直管，還可以采用喇叭口管，因?yàn)槔瓤诠艿膬A斜角可以減少油品在短管中的沉積。

3外貼超聲波液位開(kāi)關(guān)外貼安裝

音叉式液位開(kāi)關(guān)直接接觸物料，故無(wú)論采用頂裝式還是側(cè)裝式都會(huì)隨著時(shí)間增長(zhǎng)???附越來(lái)越多物料，這需要在生產(chǎn)過(guò)程中拆卸音叉液位開(kāi)關(guān)并進(jìn)行清洗。因此可采用外貼超聲波液位開(kāi)關(guān)的方案。其特點(diǎn)是可以在油罐工作狀態(tài)下安裝、使用和維護(hù)。無(wú)需開(kāi)孔，動(dòng)火，清罐等作業(yè)流程。另外它采用非插入式測(cè)量方式，與被測(cè)物料的壓力、溫度、密度和粘度無(wú)關(guān)，不存在泄漏情況。儀表選型可采用西安華舜測(cè)量設(shè)備有限責(zé)任公司HS-ULC 型智能報(bào)警外置式超聲波液位開(kāi)關(guān)。它主要由發(fā)射波和接收波兩個(gè)探頭、變送器和連接器組成。根據(jù)工藝要求，智能超聲波液位傳感器的探頭安裝在液位高限報(bào)警聯(lián)鎖點(diǎn)處，兩探頭間距為1米。探頭緊貼在容器外壁，發(fā)射波探頭把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲頻信號(hào)，向容器內(nèi)發(fā)射超聲波，接收波探頭吸收聲頻信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)變送器傳送到位于**區(qū)的連接器進(jìn)行處理。當(dāng)檢測(cè)接收到的聲頻信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生顯著變化，就能準(zhǔn)確判斷液位超限，連接器的繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，信號(hào)接入控制系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警和聯(lián)鎖關(guān)閉外浮頂油罐的油料進(jìn)口電動(dòng)閘閥。

儀表安裝時(shí)需要注意外浮頂油罐的浮盤(pán)內(nèi)部油氣空間一般大于100mm，如果加上浮盤(pán)主梁和密封帶的厚度，整個(gè)浮盤(pán)整體高度大約為 320mm。當(dāng)浮盤(pán)上升時(shí)，發(fā)射波探頭發(fā)射的聲頻信號(hào)首先接觸浮盤(pán)密封帶，超聲波從空氣進(jìn)入固體，聲頻信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)顯著變化，接收波探頭接收顯著變化的聲頻信號(hào)，將導(dǎo)致連接器進(jìn)行報(bào)警輸出和聯(lián)鎖動(dòng)作，而實(shí)際上液面離液位高限報(bào)警聯(lián)鎖點(diǎn)至少還320mm，這將會(huì)造成油品進(jìn)口電動(dòng)閘閥提前關(guān)閉，外浮頂罐沒(méi)有達(dá)到*大儲(chǔ)存容量。因此需要把探頭安裝在液位高限報(bào)警聯(lián)鎖點(diǎn)正上方大約320mm處， 當(dāng)探頭檢測(cè)到浮盤(pán)密封圈時(shí)液面也剛好達(dá)到高限報(bào)警聯(lián)鎖點(diǎn)。當(dāng)二次表發(fā)生報(bào)警時(shí)，操作人員還可以查看外浮頂罐的雷達(dá)液位計(jì)液位值，排除假液位造成的誤報(bào)警。但由于每個(gè)浮盤(pán)的油氣空間和總高度帶有較大差異，油品進(jìn)入罐體速度快慢也會(huì)影響浮盤(pán)的油氣空間，因此需要咨詢(xún)浮盤(pán)供應(yīng)商相關(guān)參數(shù)。浮盤(pán)的油氣空間和浮盤(pán)高度的不確定性導(dǎo)致外貼。

圖5 外貼超聲波液位開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

Fig 5 Installation site of external mounted ultrasonic liquid level switch

圖6 外貼超聲波液位開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

Fig 6 Installation site of external mounted ultrasonic liquid level switch

以上三個(gè)方案均已在應(yīng)用中取得良好的效果。長(zhǎng)型音叉式液位開(kāi)關(guān)頂裝式具有測(cè)量準(zhǔn)確和性能可靠的特點(diǎn)，但是價(jià)格比較貴；短型音叉式液位開(kāi)關(guān)側(cè)裝式價(jià)格適中，但是側(cè)裝式導(dǎo)致其叉板容易粘附物料；外置式超聲波液位開(kāi)關(guān)價(jià)格便宜，但是浮盤(pán)干擾導(dǎo)致其測(cè)量誤差較大。 設(shè)計(jì)施工人員根據(jù)項(xiàng)目情況擇優(yōu)選用*佳方案。