化工储罐基础知识.docx
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1、化工储罐基础知识全套工业储罐一般为钢制储罐,根据储存介质特性及储存温度、 压力等参数选择碳钢、低温钢、不锈钢等材料,其他材质如 玻璃钢、塑料等由于防火、抗压等因素,不予考虑。储罐按结构形式分为:球罐、卧罐、拱顶罐、外浮顶罐及内 浮顶罐。1储罐1.1球罐球罐为大容量、承压的球形储存容器,广泛应用于石油、化 工、冶金等流程工业,常用于作为液化石油气、液化天然气、 液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。也可作为压缩气 体(空气、氧气、氮气、城市煤气等)的储罐。球罐用于常 温、低温或深冷储存。一般用于储存温度下饱和蒸汽压大于 大气压的物料。 中间储罐仅对液位、温度和压力(带压储罐)等参数进行监 测,以
2、防止油罐发生冒顶、抽真空等事故,不需要交接计量; 贸易用罐内介质的液位、温度、密度、体积、质量则必须监 测和计量,且精度要求很高。不同的体积和种类的油罐,所 采用液位计的性能特点也不一样,因此,应根据用户的需要 及投资条件,合理选用液位计,以便达到最合理的性能价格 比。除计量用仪表,其他仪表的稳定性、可靠性的需求要高于精 度的需求。在仪表选型时应根据环境条件(温度、湿度、海拔、海洋气 候、风沙等)储罐形式、罐区检修及操作周期,结合全生命 周期成本,选择合适的仪表。4.1液位仪表 中国罐区计量一般以重量计算,在正常生产中却需要监视液 位,本文着重讨论液位计的选用,并根据储罐形式计算体积 量,必要
3、时可采用密度补偿计算其储存质量。常用的储罐液位仪表主要有雷达液位变送器、伺服液位计、 钢带浮子液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计、外贴 式超声波液位计、差压式液位变送器、浮筒液位变送器、磁 浮子液位计、玻璃板液位计、浮标液位计等。储罐液位仪表的精度取决于其用途,作为监视、报警、联锁 精度一般选择5mm,就地仪表精度为10mm,作为贸易计 量则精度应为lmm。4.1.1 雷达液位计雷达液位仪表是一种不与液体接触、无机械传动部件的仪表, 工作可靠,特别适用于高黏度、腐蚀性强的介质,个别产品 可用于高温,最大优点是液位测量精度高,一般5mm,高精 度可达1mm,特殊的可达0.1mm,一般用于大型
4、储罐,高温、 高黏、高腐蚀性介质,响应速度快。当储罐内有遮挡物及搅拌器时也可应用。选用雷达液位计时,应考虑如下参数、储罐类型、介质及物 性(介电常数、挥发、沸腾、蒸汽、粉尘、黏附等),操作 参数(温度、压力等),测量范围等。4.1.2 伺服液位计伺服式液位计被广泛用于储罐液位的高精度测量,是一种多 功能仪表,既可以测量液位也可以测量界面、密度和罐底。 该液位计基于浮力平衡的原理,用一台伺服电机驱动体积较 小的浮子,使浮子随液位或界面变化,能够精确测量出液位 等参数。伺服液位计适用于各类储罐液位检测、控制,其精度可达 0.7mm,通过平均温度计的连接,在计算物料体积时可做温 度补偿。伺服液位计可
5、靠性高,故障率比较低。伺服液位计其与计算机联网,具有很强的数据处理能力,经 运算处理可以给出油罐计量所需要的各种参数,如液位、界 位、体积、密度、质量等。安装分为有导管和无导管两种,需要注意的是,对于浮顶罐、 有压罐及带有搅拌器或有严重旋流的储罐都应采用导管安装, 导管尺寸通常选用150mm或200mm。4.1.3 外贴式超声波液位计储罐外贴式超声波液位计由主机、探头、金属结构件3部分 组成,它主要是用于对铁路罐车、汽车罐车及各类储罐的液 位测量。外贴式超声波液位计原理是采用了超声波在罐外穿透罐壁及 液体的方法,通过接收液体表面回波信号,测出液面高度。外贴式超声波液位计最大特点是,无需设备开孔
6、,不受介质 本身的限制,常用于液位的高低限的补充测量。外贴超声波液位计只有四线制,可选信号类型有4-20 mADC、 干接点。使用中应避免电磁干扰、超声干扰及振动场合。4.1.4 钢带浮子液位计钢带浮子液位计,结构较简单,观测比较直观、价格较低,精度可达2mm,适用范围广,拱顶罐及内浮顶罐均可使用, 但其传动部件多,维护量大,对安装要求高,当介质黏度较 大时,可能会黏附于导向钢丝上,不宜使用。一般分为恒力盘簧式和重锤式,测量范围可达30m。由于外浮顶罐的钢带易受风力影响,导致指示不稳定并且容 易破坏衡力盘簧,因此应避免使用。钢带浮子液位计分为远传型和就地指示型,远传型液位计只 有四线制,可选信
7、号类型有420mADC、干接点。浮标液位计浮标液位计原理与钢带浮子液位计一样,显示部分采用标尺, 其精度较低,不能远传,但价格较低。4.1.6 磁致伸缩液位计磁致伸缩液位计是一种非接触式的液位计,精度较高,可以 安装在油罐的顶部或侧面,其工作原理是利用磁场脉冲波, 测量时液位计的头部发出电流询问脉冲,此脉冲同时产生 磁场,沿波导管内的感应线向下运行,在液位计管外配有浮 子,浮子可随液位沿侧杆上下移动,浮子内设有一组永久磁 铁,其磁场与脉冲产生的磁场相遇则产生一个新的变化磁场, 随之产生新的电磁返回脉冲,测定询问脉冲和返回脉冲 的周期便可知道液位的变化。因此,磁致式液位计是以浮子 为测量元件通过
8、磁耦合的变化传递到指示器,使指示器能够 清晰地指示出液位的高度,液位计配备有液位报警器和液位 变送器。报警器可实现液位的上下限控制及极限报警,液位 变送器可以将液位的变化转换成一定强度的电流信号。磁致伸缩液位计,维护量小,安装比较简单,精度也比较高, 但不适合重质(黏度大)易黏附介质的测量。4.1.7 电容液位计与射频导纳液位计电容液位计是利用电容量的变化,来测量容器内介质物位的 测量仪表。在容器内,由电极和导电材料制造的容器壁构成 了一个电容。对于一个给定的电极,被测介质的介电常数不 变时,给电极加一个固定频率的测量电压,则流过电容的电 流取决于电容电极间介质的高度,并与之成比例。因此电容
9、物位计是基于电容量的改变,来进行物位测量的。用电容物位计测量物位的一个基本要求是:被测介质的相对 介电常数(被测介质与空气的介电常数之比)在测量过程中 应稳定。当操作条件变化对介电常数干扰较大时,不宜用电 容液位计。由于电容电极使用中容易挂料,产生附加电容和电阻会对电 容液位计产生直接的影响,因此诞生了射频导纳液位计,通过增加缓冲放大器及交流驱动等补偿技术克服挂料所引起的 测量误差。4.1.8 差压式液位变送器差压式液位测量主要采用差压变送器实现,可根据具体使用 条件选择吹气法、普通差压变送器、单法兰差压变送器,双 法兰差压变送器,插入式法兰差压变送器。吹气法适用于常压容器中黏稠或腐蚀介质的液
10、位测量,方法 简单,但测量范围小,精度较低。普通差压变送器,适用于不易发生相变,洁净介质的液位测 量,必要时应采取保温、伴热等措施。单法兰差压变送器适用于气相不易相变的常压或低压容器, 当气相压力变化时,应将气相压力引入变送器负压侧。当被测介质含有悬浮物、泡沫、易相变或洁净等工况时,宜 采用双法兰差压变送器,当测量范围较大时,会产生较大的 滞后。插入式法兰适用于易析出、易结晶等场合。此外,还有一种新型的电子远传差压变送器,其原理是两个 压力传感器通过电连接,实现差压测量,适用于量程较大的 场合,以避免双法兰变送器毛细管受温度影响产生的误差及 过长引起的滞后。静压式储罐测量系统(HTG),用静压
11、原理测量液位并带密 度补偿、温度补偿,精度取决于变送器精度,综合精度可达 0.01%, 一般在储罐下部配置两台压力变送器,高度差23m (两变送器间必须为液体),当储罐为带压时,应在顶部再 装一台压力变送器,由于其综合精度低于雷达及伺服液位计 且设备上开口较多,除要求质量测量外,现在采用较少。4.1.9 浮筒液位变送器 浮筒液位变送器常用于小量程洁净介质的液位/界面的测量, 分为内浮筒及外浮筒液位变送器,测量原理分为扭力管式和 力平衡式,一般连接尺寸为2(外浮筒)或4(内浮筒), 采用两线制供电,可选信号类型有420mADC、HART、 Foundation Field Bus Profibu
12、s PA,干接点输出。4.1.10 超声波液位计超声波液位计采用声波反射测量液位,易受气雾、温度等干 扰,一般用于敞口的水池等的液位测量,罐区液位测量中一 般不米用。4.1.11 音叉液位开关音叉液位开关常用于储罐的高液位报警或联锁。音叉液位开关,音叉探头有固定的频率振动,当传感器探头 接触到液体时,音叉振动频率产生变化,电子检测器将这一 变化转化成接点信号输出,工作温度-40150,工作压 常温球罐,如液化石油气、氮、煤气、氧等球罐。此类球罐 的压力较高,取决于液化气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压 力。常温球罐的设计温度大于-20。低温球罐,这类球罐的设计温度低于或等于-20。一般不低 于-1
13、00。深冷球罐,设计温度-100以下往往在介质液化点以下储存, 压力不高,有时为常压。由于对保冷要求较高,常采用双层 球壳。1.2卧罐卧罐容积较小(一般都小于100m3),占地面积大。主要用 于酸碱等化学品的储存,在生产装置内也常用于小容量的其 他介质(储存温度下饱和蒸汽压大于或等于大气压的物料) 的储存。卧罐筒体轴向与地面平行,常用鞍式支座,一般为 带压力储存,可承受较高的正压和负压,属压力容器。力6.4MPa, 一般连接尺寸为r或2”,四线制供电,干接点输出。易黏附或含较大尺寸固体颗粒时不宜采用。1.1.12 浮球液位开关浮球液位开关,由浮球、磁钢、外壳和触点等组成,浮球随 液位变化从而带
14、动连杆端部的磁钢,外部安装的磁钢经耦合 后反向动作,带动微动开关,使触点闭合或断开。操作压力 可达6.4MPa,工作温度-40C150。无需外部供电。浮球液位开关用于储罐的高低液位报警或联锁,不需要外接 电源,一般连接尺寸为r或4”,干接点输出。1.1.13 现场指示液位计就地观测的仪表主要有磁浮子液位计、玻璃板液位计或彩色 石英玻璃液位计,示值直观,价格便宜,但精度不高,一般 在 10mm o 某些磁浮子液位计配上各种变送装置,将液位转换为标准电 信号送至控制室显示,精度低、可靠性差,一般仅用于投资 有限的小规模罐组。根据行业不同,大型球罐或立罐逐渐采用其它液位仪表的现 场显示功能取代玻璃板
15、等现场液位计。4.2 压力仪表储罐的压力测量比较简单,一般球罐或带压拱顶罐需要压力 报警或联锁,微正压拱顶罐或内浮顶罐一般仅氮封时,需要 压力测量,压力测量选用压力变送器。4.3 温度仪表储罐一般以常温或低温储存,因此常用RTD进行检测,必要 时现场采用双金属温度计就地显示,非计量用储罐采用单点 温度计,需要进行计量的原料或成品应采用平均温度计,根 据储罐高度一般以610点为宜。由于储罐温度变化较缓慢,可以采用多点温度变送器,以降 低费用,但低温储罐应采用单点温度变送器。温度变送器应能克服现场的温度变化带来的温飘,否则应将 RTD信号直接引入控制系统。4.4 流量仪表除非需要计量,罐区一般不需
16、要流量仪表,常用的罐区流量 仪表为质量流量计、容积式流量计。公用工程的计量一般可采用涡街流量计或差压节流装置,必 要时采取温度、压力补偿。4.5 阀门储罐的氮封一般选用调节阀,并采用分程控制,为减少扰动 及排放,分程应设置足够大的死区(输出信号40%60%设 为死区)。当要求不高时,也可选用自力式调节阀,其调节 精度较低。储存可燃介质的储罐进出口应设置紧急切断阀,用于事故或 火灾时的紧急切断,通常选用气动阀门(根据口径选用球阀、 蝶阀或闸阀),带防火认证,并采用非金属软管缠绕阀体及 执行机构,以保证火灾发生时的有效切断,紧急切断按钮一 般设在罐组围堰的入口处。当采用电动执行机构时,电缆及 执行
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