UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀在北罐區(qū)的應(yīng)用

王志芳 ,謝文奮 ,盧圣峰

（1.中國(guó)石油獨(dú)山子 石化分公司煉油廠， 新疆 克拉瑪依 833600；2. 中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司 營(yíng)銷(xiāo)調(diào)運(yùn)處北站，新疆 克拉瑪依 833600）

0 引言

隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展，石油儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平也明顯提高，油罐自動(dòng)測(cè)量技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。煉油廠老廠區(qū)原料罐區(qū)共計(jì)170個(gè)儲(chǔ)罐，目前采用光導(dǎo)液位計(jì)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐液位的監(jiān)測(cè)及計(jì)量工作。該液位計(jì)自1989年開(kāi)始投用，至今已使用20多年。由于設(shè)備使用年限久一次表變送器內(nèi)電器元件老化，碼帶及尺帶斷裂，傳輸總線電纜接點(diǎn)過(guò)多，連接處密封損壞或老化，接線處與空氣中的酸性氣體長(zhǎng)期接觸引起氧化，一次表箱腐蝕嚴(yán)重，起不到防護(hù)作用等原因，導(dǎo)致液位監(jiān)控系統(tǒng)誤報(bào)警頻繁，嚴(yán)重干擾工藝人員的判斷和操作，影響罐區(qū)的安全生產(chǎn)。

這一現(xiàn)象引起了煉油廠及車(chē)間的重視，經(jīng)評(píng)估后決定將罐區(qū)部分液位監(jiān)控儀表更換為雷達(dá)液位計(jì)，于2012年開(kāi)始施工，逐個(gè)對(duì)100個(gè)儲(chǔ)罐進(jìn)行隔離安裝，為了保證正常的生產(chǎn)，工藝隔離難度大，施工周期長(zhǎng)，短時(shí)間內(nèi)雷達(dá)液位計(jì)無(wú)法投用，初步估算要在5年左右時(shí)間投入使用，在此期間，為了保證安全生產(chǎn)，幾年內(nèi)仍須使用光導(dǎo)液位計(jì)進(jìn)行儲(chǔ)罐液位測(cè)量，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后有必要對(duì)光導(dǎo)液位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。

1 北罐區(qū)液位監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析[1]

罐區(qū)液位監(jiān)控系統(tǒng)與罐區(qū)安全生產(chǎn)息息相關(guān)。煉油廠北罐區(qū)所使用的光導(dǎo)液位計(jì)為北京航天時(shí)空科技有限公司的UBG-Ⅱ型光導(dǎo)液位儀，可在各種易燃、易爆場(chǎng)合安全可靠運(yùn)行，對(duì)液位、溫度進(jìn)行雙參數(shù)測(cè)量及變送，實(shí)現(xiàn)對(duì)煉油廠工業(yè)過(guò)程罐區(qū)及油庫(kù)儲(chǔ)罐液位、溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)警。在實(shí)際應(yīng)用中，北罐區(qū)液位監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)各種問(wèn)題，如：液位顯示無(wú)變化，顯示偏差大，二次表不采樣，液位錯(cuò)誤傳輸指示等問(wèn)題，具體表現(xiàn)為液位報(bào)警現(xiàn)象頻繁。為避免儀表指示與現(xiàn)場(chǎng)不符而造成事故，必須對(duì)罐區(qū)液位監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警問(wèn)題進(jìn)行分析整改。

首先對(duì)北罐區(qū)4塊二次表進(jìn)行了為期半個(gè)月的報(bào)警信息收集，詳細(xì)情況見(jiàn)如表1所示。

由表1可知，南罐區(qū)報(bào)警問(wèn)題相對(duì)較輕，10個(gè)儲(chǔ)罐共計(jì)報(bào)警372次；北罐區(qū)共計(jì)發(fā)生報(bào)警次數(shù)2 453次，報(bào)警次數(shù)最多二次表為3#二次表，共計(jì)報(bào)警1 615次。監(jiān)控系統(tǒng)的頻繁報(bào)警已嚴(yán)重影響到工藝人員的生產(chǎn)操作，必須盡快進(jìn)行解決。

目前原料北罐區(qū)使用UBG-ⅡA光導(dǎo)二次表進(jìn)行分析[2]，其工作時(shí)由計(jì)算機(jī)先向接口板發(fā)送站號(hào)命令，接口板上的CPU接到站號(hào)命令后，先對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)緩沖區(qū)進(jìn)行初始化，將此站號(hào)與所接二次表的站號(hào)相比較，若相同則初始化成功，并定時(shí)向二次表發(fā)出要數(shù)據(jù)的命令，二次表在接到此命令后，把液位參數(shù)寫(xiě)入通訊接口板的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，計(jì)算機(jī)可隨時(shí)對(duì)通訊板上的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)并顯示；若初始化站號(hào)與所接二次表的站號(hào)不符，則初始化失敗，要重新開(kāi)始。此種通訊方式存在缺陷，傳輸過(guò)程會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差，產(chǎn)生虛假液位。選取一個(gè)時(shí)間段的液位報(bào)警信息進(jìn)行分析如表2所示，發(fā)現(xiàn)很多報(bào)警信息為虛假報(bào)警，具體表現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際液位在安全值以?xún)?nèi)，而上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)虛假液位，頻繁產(chǎn)生誤報(bào)警。

表1 北罐區(qū)各二次表報(bào)警記錄（2013.3.5-2.03.3.19）Table 1 North tank farm every second table alarm record (2013.3.5-2.03.3.19)

表2 液位報(bào)警數(shù)據(jù)分析Table 2 Level alarm data analyses

2 解決措施

針對(duì)通訊系統(tǒng)隱患引起頻繁誤報(bào)警這一問(wèn)題，目前有兩種防范措施：

措施一：要解決頻繁報(bào)警問(wèn)題，在DCS系統(tǒng)內(nèi)部增加報(bào)警濾波，對(duì)臨近兩個(gè)周期的取值進(jìn)行比較，如果差值超過(guò)某個(gè)限值，則認(rèn)為其為誤報(bào)警，將其作為無(wú)意義信號(hào)濾去；否則作為正常報(bào)警信號(hào)記錄。

為計(jì)算儲(chǔ)罐在一個(gè)采樣間隔（2 s）內(nèi)可變化的最大液位高度[3]，以5 000 m3儲(chǔ)罐為例進(jìn)行計(jì)算。儲(chǔ)罐直徑為20 m，儲(chǔ)罐高為18 m，底面積為314.16 m2，如果每個(gè)采樣間隔液位變化100 mm，則需加入或抽出的油品體積為31.42 m3，而罐區(qū)所使用輸油閥門(mén)最大流通能力為126 m3/h，該體積變化超出了罐區(qū)所使用輸油閥門(mén)流通能力。因此將報(bào)警濾波限值設(shè)定為100 mm。

表3 5 000 m3儲(chǔ)罐體積、面積表Table 3 Volume and area of 5 000 m3 tank table

措施二：聯(lián)系廠家了解到目前新式光導(dǎo)液位計(jì)使用現(xiàn)場(chǎng)一次表與DCS系統(tǒng)直接通訊，無(wú)需經(jīng)過(guò)二次表進(jìn)行RS485通訊轉(zhuǎn)換，這一新式通訊方式消除了誤報(bào)警隱患。要徹底解決通訊系統(tǒng)隱患，需要定制新式一次表替換原有一次表和二次表。

3 UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀簡(jiǎn)介

UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀由二次表UBG-Ⅲ CH變送器、總線轉(zhuǎn)換器、一次表等設(shè)備組成。光導(dǎo)一次表主要由浮盤(pán)、平衡錘、信息碼帶、連接鋼絲、導(dǎo)向滑輪等組成。平衡錘通過(guò)連接鋼絲帶與信息碼帶的低端相連（即零端），信息碼帶的高端（即最大值）通過(guò)連接鋼絲帶與罐內(nèi)的浮盤(pán)相連接。這樣隨著油位的上升與下降，浮盤(pán)與重錘一起帶動(dòng)信息碼帶在滑輪上運(yùn)動(dòng)，在信息碼帶上有很多孔，變送器通過(guò)傳感器對(duì)這些小孔進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同液位的測(cè)量。光導(dǎo)液位計(jì)安裝示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 光導(dǎo)液位計(jì)安裝示意圖Fig.1 Photoconductive liquid level gauge installation diagram

UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位計(jì)的使用有兩種方式，一種是由Ⅲ CH變送器與Ⅲ AH二次表一對(duì)一配合使用，二線制傳輸信號(hào)用二次表對(duì)參數(shù)及偏差進(jìn)行修正。另一種方式是Ⅲ CH變送器通過(guò)UBC-Ⅰ型總線轉(zhuǎn)換器與ZXJ-Ⅰ型智能巡檢儀配合使用，組成罐區(qū)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多達(dá)16個(gè)儲(chǔ)罐的液位、溫度、體積、重量等參數(shù)變化，并具有儲(chǔ)存功能。

圖2 UBG-Ⅲ CH變送器通過(guò)UBC-Ⅰ型總線轉(zhuǎn)換器與上位機(jī)的連接圖Fig.2 UBG-ⅲCH transmitter connect by UBC-1 bus converter and PC diagram

目前原料北罐區(qū)16臺(tái)UBG-Ⅲ CH光導(dǎo)變送器通過(guò)UBC-Ⅰ型總線轉(zhuǎn)換器與上位機(jī)進(jìn)行通訊，其連接示意圖見(jiàn)圖2。UBC-Ⅰ型總線轉(zhuǎn)換器是將現(xiàn)場(chǎng)的UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀的液位信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過(guò)總線遠(yuǎn)傳至控制室二次表的儀表設(shè)置，即將液位信號(hào)（數(shù)字信號(hào)）轉(zhuǎn)換后，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊接口，將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。

4 實(shí)施效果及不足之處

原料北罐區(qū)更換為UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，北罐區(qū)報(bào)警頻次降至每天4次左右，罐區(qū)隱患大大消減，保證了罐區(qū)生產(chǎn)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

但在罐區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，由于UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀自身結(jié)構(gòu)存在的缺陷，固定碼帶的滑輪經(jīng)常出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致碼帶撕裂或斷裂，繼而引起測(cè)量誤差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年上半年，原料北罐區(qū)出現(xiàn)碼帶破損撕裂故障5次，出現(xiàn)碼帶斷裂故障4次，碼帶更換頻繁，針對(duì)這一現(xiàn)象，儀表車(chē)間對(duì)UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀進(jìn)行研究，最終發(fā)現(xiàn)固定碼帶運(yùn)行的大滑輪由于僅采用兩個(gè)螺栓固定，運(yùn)行一段時(shí)間即會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，這是導(dǎo)致碼帶撕裂破損的主要原因。

圖3 原UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀儀表箱Fig. 3 The original UBG-type photoconductive liquid level instrument enclosures

圖4 改造后的UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀儀表箱Fig. 4 Modified UBG-ⅲ-type photoconductive liquid level instrument enclosures

針對(duì)這一故障原因，采取以下措施進(jìn)行整改：

1）對(duì)原光導(dǎo)液位儀所使用儀表箱進(jìn)行改造，將滑輪固定方式由兩個(gè)螺栓固定改為點(diǎn)焊方式，消除固滑輪松動(dòng)的可能性。

2）對(duì)UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀表箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行整改，在儀表箱底板安裝支撐支架，將原來(lái)固定于背板的大滑輪焊接在支架上，與背板處焊接點(diǎn)形成兩點(diǎn)固定方式，從而徹底消除故障隱患。同時(shí)聯(lián)系北京航天時(shí)空科技有限公司，按照目前所整改儀表箱對(duì)以后供貨設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)儀表箱進(jìn)行整改完成后，滑輪未出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，從而保證了整套罐區(qū)液位監(jiān)控系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

表4 北罐區(qū)各二次表報(bào)警記錄（2013.5.2-2013.5.16）Table 4 North tank farm the second table alarm record（2013.5.2-2013.5.16）

5 結(jié)論

UBG-Ⅲ型光導(dǎo)液位儀在原料北罐區(qū)的使用，大大降低了罐區(qū)液位監(jiān)控系統(tǒng)頻繁報(bào)警現(xiàn)象，針對(duì)使用過(guò)程中存在的缺陷，文章亦提出了整改措施。

[1]楊守亞.罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的安全隱患分析及防范[J].石油化工安全技術(shù)，2001：26-30.

[2]吳旭翔，李宏.大型石油化工儲(chǔ)罐液位儀表的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].2010，6(39)：278-280.

[3]中國(guó)石化煉化工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)罐區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定[Z].2008.