Применение датчика уровня ELL с ультразвуковым измерением в системе SIS на территории баллонных резервуаров

Thread Content

Аннотация. На основе физических свойств жидких углеводородов, а также принципа работы и формы сигнала выхода ультразвукового датчика уровня ELL были проанализированы особенности использования этого датчика на практике. Для резервуаров для хранения легковоспламеняющихся жидких углеводородов, с учетом уровня SIL и конкретных условий эксплуатации на производстве, были определены параметры управления системой SIS для таких резервуаров. Была разработана система безопасности, включающая датчики уровня на основе ультразвука ELL; применялась схема управления с использованием трех из двух контроллеров. Уровнемер с ультразвуковым датчиком ELL обеспечивает необходимый уровень надежности в процессе эксплуатации, к тому же его обслуживание простое и удобное. Это способствует безопасной работе резервуаров для хранения сжиженных углеводородов. Ключевые слова: датчик уровня жидкости с использованием УФ-волн, сжиженные углеводороды, дистанционная передача сигналов об отказе переключателя, система безопасности. Сжиженные углеводороды относятся к веществам с высоким риском возникновения пожаров и взрывов; они представляют серьезную опасность. Согласно требованиям «Руководства по технологии резервуаров для легких нефтепродуктов Китайской нефтегазовой акционерной компании», в резервуарах должны быть установлены устройства для контроля уровня жидкости, температуры, а также сигнализации при слишком высоком, высоком, низком и слишком низком уровне жидкости. Статья 13 «Временных правил по надзору за крупными источниками опасности, связанными с опасными химическими веществами» (Приказ Главного управления по надзору за безопасностью № 40) предусматривает, что для крупных источников опасности первого или второго уровня, связанных с токсичными газами, сжиженными газами или крайне токсичными жидкостями, необходимо иметь отдельную систему безопасности (SIS). В рамках проекта по устранению рисков в зоне хранения сжиженных углеводородов на нефтеперерабатывающем заводе компании Sinopec в Тяньцзине была внедрена дополнительная система безопасности. Для каждого резервуара были установлены ультразвуковые датчики уровня жидкости; эти датчики работают вместе с уже имеющимися датчиками уровня на основе принципа квантовых колебаний и радарными датчиками. Это позволяет использовать принцип «три из двух» для формирования команд на аварийное закрытие клапанов. Для обеспечения нормальной производственной деятельности всех производственных установок компании, с учетом требований к зонах хранения и применения в системе SIS, новые датчики уровня должны соответствовать следующим требованиям: а) использование в взрывозащищенных зонах хранения; установка без применения огнестрельных инструментов ； б. В баке есть содержимое, устанавливать без открытия ； C. Не требуется очистка резервуара, экономия времени и средств, простая установка, приборы для зоны взрывоопасности 1 ； d. Прибор обладает функциями интеллектуальной самопроверки и дистанционной передачи информации о неисправностях ； е. Измерения должны быть точными и стабильными. В настоящее время на промышленных предприятиях чаще всего используются такие переключатели уровня, как переключатели уровня с поплавком, кабельные переключатели уровня с поплавком, конденсаторные переключатели уровня, а также УФ-переключатели уровня ELL. Был проведен сравнительный анализ принципов работы и характеристик различных типов переключателей; с учетом условий на месте реализации данного проекта было принято решение о выборе ультразвукового переключателя уровня ELL. 1 Принцип работы и применение уровневого датчика с ультразвуковым измерением ELL 1.1 Принцип работы Датчик уровня с ультразвуковым измерением ELL оборудован своим собственным датчиком, который способен генерировать ультразвуковые импульсы с переменной частотой. Эти импульсы распространяются внутри резервуара на расстояние от 0,8 до 1,5 м, затем отражаются от стенок резервуара, а также проникают в жидкость или газ, находящиеся внутри резервуара. Поскольку коэффициент пропускания ультразвука в жидкостях и газах различается, а значит, и потери энергии при её распространении также отличаются, уровень оставшейся энергии в точке измерения меняется в зависимости от наличия жидкости. Ультразвуковой датчик уровня ELL определяет наличие жидкости в резервуаре путем приема и анализа оставшейся энергии. Затем он посредством своего реле выдает сигнал, который передается в систему SIS, что позволяет осуществлять централизованный контроль уровня жидкости. Преломление и распространение ультразвука внутри стенок резервуара не зависят от таких факторов, как пузырьки в среде и давление. Уровневый переключатель ELL с ультразвуковым датчиком обладает запатентованной технологией частотной регулировки, что позволяет ему функционировать независимо от изменений температуры, погодных условий в виде дождя или снега, а также от наличия осадков на поверхности жидкости. Выключатель обладает функцией интеллектуальной самопроверки; в случае неисправности сигнал об ошибке может быть передан в контрольную комнату. По коду ошибки, отображаемому на выключателе, можно определить тип неисправности и приступить к соответствующему ремонту. 1.2 Инструкция по установке. Установка ультразвукового датчика уровня ELL на верхней части сферического резервуара производится как показано на рисунке 1. Стенки резервуара изготовлены из материала Q345R. Датчики крепятся к внешней стороне стенок резервуара с помощью магнитного притяжения. Место их установки должно соответствовать следующим условиям: а) два датчика уровня жидкости (передающий и приемный датчики), предназначенные для измерения уровня в одной точке, должны быть установлены на одном уровне ； б. Расстояние между передающей и приемной антеннами составляет 0,8–1,5 м ； Рисунок 1. Схема монтажа. Рядом с баллоном на месте установки фиксируется вертикальная труба из углеродистой стали диаметром 2″ (50 мм) с помощью расширяющихся болтов; высота трубы составляет 1,0–1,5 м. Передатчик крепится к вертикальной трубе с помощью кронштейнов-изгибов и U-образных зажимов. Соединение трубопроводов показано на рисунке 2. Рисунок 2. Соединение трубопроводов в зоне хранения резервуаров. Система SIS обеспечивает сигнализацию и механизмы взаимодействия в системе управления производством на заводе; постепенно она становится важной составляющей автоматического управления на предприятии. Система SIS на территории резервуаров обеспечивает звуковую и световую сигнализацию, а также автоматическое блокировочное управление по таким параметрам, как давление, температура, уровень жидкости и расход в резервуарах. После идентификации среды внутри резервуара и проведения расчетов было установлено, что резервуары для хранения сжиженных углеводородов относятся к категории объектов с высоким уровнем опасности второго класса. Одновременно проводился анализ опасностей и возможностей эксплуатации (HAZOP), требуемый соответствующими органами; в результате был определен уровень безопасности резервуаров для хранения сжиженных углеводородов как SIL2. Для дальнейшего повышения постоянной безопасности зоны хранения, обеспечения безопасного производства и предотвращения аварий внедряется система SIS. В случае возникновения аварии на резервуарах система SIS может мгновенно и точно сработать, осуществив автоматическое отключение необходимых устройств, что позволяет безопасно остановить производственный процесс или автоматически перевести его в предустановленное безопасное состояние. 2.1 Основные параметры управления При управлении резервуарами одним из основных параметров является уровень жидкости внутри резервуара. Уровень жидких углеводородов в резервуарах постоянно меняется из-за процессов загрузки и выгрузки, что может привести к риску полного опустошения резервуара или утечки жидких углеводородов. Поэтому ключевым параметром управления в системе SIS является уровень жидкости в резервуаре. Датчики для измерения уровня установлены отдельно друг от друга; для этой цели используются ультразвуковые датчики уровня, датчики на основе принципа действия кристаллов и радарные датчики уровня. Эти датчики образуют систему трех из двух, сигналы от которой поступают в систему SIS для сравнения. Если оба датчика показывают значение, соответствующее установленным параметрам, система отправляет сигнал о необходимости применения мер в случае чрезвычайной ситуации. 2.2 Проектирование системы SIS. Система SIS включает в себя приборы на месте и исполнительные устройства; она проектируется с учетом принципов безопасности при отказах ； Может взаимодействовать с DCS, но системы DCS и SIS являются относительно независимыми. Благодаря использованию в системе SIS бесконтактных датчиков уровня жидкости на основе УЗ-датчиков ELL, сокращается количество отверстий в резервуарах и необходимость проведения работ с огнем. Это, в свою очередь, снижает вероятность утечки опасных веществ и возникновения пожаров или взрывов. Прибор обладает функцией интеллектуальной самопроверки и уведомлений о возникновении неисправностей, что снижает объем работ по техническому обслуживанию и ремонту. Он характеризуется высокой стабильностью и надежностью в работе, а также повышенными уровнями безопасности. 3 Заключение С момента проектирования, строительства и ввода в эксплуатацию данной системы, система SIS на территории хранилищ сжиженных углеводородов в отделе переработки нефти филиала Sinopec в Тяньцзине функционирует стабильно и надежно. Проведение регулярных проверок и технического обслуживания осуществляется без проблем. Кроме того, предприятие, учитывая свои конкретные условия, принимает различные меры по обеспечению безопасности и надежности работы системы. Это позволяет гарантировать безопасную эксплуатацию хранилищ сжиженных углеводородов, а также долгосрочную и стабильную безопасную работу производственных установок