石油化工油品储罐自动化仪表及工程设计分析

2016-12-27李增太齐鲁石化运行维护中心橡胶仪表车间

大陆桥视野 2016年18期

关键词：储油罐液位储罐

李增太/齐鲁石化运行维护中心橡胶仪表车间

李增太/齐鲁石化运行维护中心橡胶仪表车间

近年来，石油企业加快了转型和升级步伐，为自身战略投资扩大坚实的基础。石油化工储罐区运用自动化技术越来越多，各种新型测量仪表也得到了广泛的应用且提高了企业生产效率。为了增强油品设备质量，就要制定相应的设计方案，来解决生产中存在的安全问题。

石油化工油品储罐；测量仪表；自动化；设计

一、石油化工油品储罐自动化仪表种类

（一）液位测量仪表

用于测量液位的自动化仪表根据油品储罐容积大小的不同所测量范围也不相同。对于容积较小(<1x105m3)的油品储罐来说，液位测量仪表应安装在灌顶，且适合采用连续液位测量仪表;对于容积较大(>1x105m3)白勺油品储罐来说，应安装两套连续液位测量仪表，并在罐旁配置指示仪，对液位测量仪表测量出的液位进行显示。在实际使用过程中，为防止液位超标或过低，还需要在自动化仪表系统中安装监测报警装置，以便当液位出现异常时系统能够立刻发出警报。较之不常动作的开关类仪表，连续液位测量仪表由于可以实时对储罐内液位变化情况进行监测，并能对测量仪表工作状态进行连续观察，因而其可靠性更高。对于对可靠性要求较高的石油化工油品储罐区，一般适宜采用这种连续液位测量仪表。此外，体积计量法也是石油储罐常用的一种方法。用于测量油品液位的仪表还有雷达液位计、静压液位计、混合计量法、伺服液位计等。其中，雷达液位计适用于重、轻质油品等油品储罐的液位测量。在应用过程中需要对测量精度、介质性质、油品储罐类型等各因素进行充分考虑，确保雷达天线选择的合理适用。目前，雷达天线主要有杆式天线、平面天线等几种类型。

（二）温度测量仪表

在油品储罐区中，温度是计量储罐温度补偿的重要参数之一，所以温度测量非常重要。这就需要用到科学温度测量仪表。计量用油品储罐温度测量在油品密度、体积等参数上应符合国家相关标准规定。目前，对于石油化工油品储罐温度的测量大多采用的是Pt100铂热电阻元件。采用不同温度测量元件需要参照不同的规范标准。例如，对于热敏电阻、光纤测量元件等元件在常压油罐中的使用必须要经过校准且满足标准规定才可以投入使用。

某相关文献资料对计量级石油化工油品储罐温度测量仪表现场安装后精度与固有精度所允许的最大误差进行了明确规定。现场安装后精度基于质量和体积计量的最大允许误差分别为1.0℃和0.5℃，固有精度基于质量和体积计量的最大允许误差分别为0.5℃和0.25℃。

（三）压力仪表

根据国际标准GB50160规定，按照油品储罐压力设计，可以分为常压储罐、低压储罐和压力储罐三种类型。对于这些储罐压力的测量需要采用对应的压力仪表，如低压储罐压力测量和压力储罐压力测量均可以采用压力变送器。拥有液体密度补偿计算与标准体积计算功能的伺服液位计、雷达液位计多用于混合法计量石油化工油品储罐压力。采用混合法对油品储罐进行测量，有质量计量和体积计量两种方式，将其与连续液位测量仪配套使用，往往可以达到精确的计量结果。

二、油品损耗的影响因素

储油罐内气相传质的三种形式：分子扩散、热扩散及强制对流。分子扩散是由于储油罐内上部气体空间油气浓度分布不均匀，油蒸汽在浓度差的作用下从高浓度向低浓度运移的过程。在储油罐内油气分子由下向上迁移，从而使得储油罐内上部气体空间油气浓度增加。热扩散是由于温度的变化引起罐内空间温度分布不均匀而产生的油气扩散过程，油蒸汽从高温区域向低温区域扩散。强制对流是由于罐内压强分布不均引起油蒸汽从高压区域向低压区域运移的过程。储油罐内的油品在一定的压力、温度条件下就会发生气化。

引起油品发生损耗的原因大致有储存蒸发损耗、作业损耗及设备故障损耗这三种，其中储存蒸发损耗起主导作用。

（一）储存蒸发损耗

储油罐内油品的损耗主要来自于储存蒸发损耗。储存损耗又包括自然蒸发损耗、小呼吸损耗及大呼吸损耗。自然蒸发损耗是由于储罐密封性不好引起油品与大气流通而发生的油品损耗；大呼吸损耗是由于罐内自由液面的升降导致油蒸汽经机械呼吸阀排出；小呼吸损耗是由于昼夜温差，使得储罐内的油蒸汽压力发生变化，吸入空气造成的油气损耗。

（二）作业损耗

作业损耗主要包括装卸油损耗、设备维护损耗及其他操作损耗。装卸损耗是在装卸油品的过程中造成的油品损耗，主要表现为大呼吸损耗，有时也会表现为饱和损耗；设备维护损耗是在对管线、泵机组等设备进行维护的过程中造成的油品损耗；其他操作损耗是在清洗罐底、油品倒灌以及灌泵时造成的油品损耗。

（三）设备故障损耗

有时候设备发生故障也会导致油品的损耗。如浮顶罐密封圈不严，油罐、泵机组等设备泄漏，机械呼吸阀漏气造成的损耗。

三、降低油品损耗的措施

工艺上常采用严格控制油品储存的条件，优化操作、加强管理，油气回收等措施来降低储油罐内油品损耗。

（一）严格控制油品储存的条件

油品的储存温度、压力直接影响着油品损耗。从温度方面着手可采用淋水、刷涂料（白色）、缩小昼夜温差等方式减少油品损耗；从压力方面着手可以控制外界环境的压强，提高油罐承压能力来减少油品的小呼吸损耗。如采用球形罐可明显提高储罐的承压能力，但是造价较高。同时适当通风，既能保证油气的流通，也可以使油品的损耗量降到最低。

（二）优化操作、加强管理

优化操作：检尺人员应尽量在清晨或傍晚作业，此时储油罐内外压差较小，排气损耗较少，检尺完成后应尽快盖上油盖；化验人员对油品进行水含量等各项指标检测时应缓慢放油，降低油品的通风损耗及小呼吸损耗；尽量高液位储油，减小油气空间；平时尽量不要打开储油罐上的透光孔和量油孔等；缩短收发油之间的时间间隔；装油进罐时采用液下密闭的形式。

加强管理：定期检查机械呼吸阀、计量装置等设备的密封状况；尽量减少油品输转次数，减少油品与空气接触的机会；定期检尺检测油罐液位，及时发现各种异常情况；提高操作及管理自动化水平，通过计算机系统实时监控储油罐温度、压力、液位等参数的变化，防止意外事故的发生；加强对相关工作人员的培训，提高员工的安全意识及技术水平；及时统计、传递罐区的基础数据及情况。

（三）油气回收

常用的油气回收技术有三种：冷凝法、吸附法及吸收法。冷凝法是采用多级冷凝器对油气进行深度冷凝，实现回收油蒸汽的目的；吸附法是通过活性炭、天然沸石等固体吸附体在一定条件下对油气进行选择性吸附来回收油气；吸收法是利用油气的化学性质，使用适宜的吸收剂与油气在吸收塔内发生化学反应回收油气的技术。在这三种技术基础上，又衍生出了一些改进工艺，如工业上常采用管线连通储存同一种油品的油罐，再通过一根集气管连接集气罐，构成密闭的油气回收系统有效回收挥发损耗的油蒸汽，对于轻组分气体油气回收系统的回收率可达90％以上。

四、石油化工油品储罐自动化仪表工程设计

（一）仪表防护防爆设置

由于自动化仪表工作在易燃易爆的石油化工产品油罐区域，因而需要对仪表进行良好的防护防爆设置。按照国家有关防护等级规定，用于现场测量的仪表外壳防护等级应至少达到GBIP65，安装在地下的自动化测量仪表，其外壳防护等级应至少达到GBIP68。在防爆方面的性能设计，国家规定所有用于爆炸危险场所的自动化仪表防爆性能都必须符合对应爆炸危险场所的防爆标准要求，并通过国家等级防爆检验合格证。这是石油化工油品储罐用自动化仪表工程设计中，所必须达到的两个基本指标。目前，基于服务器的石油化工产品储罐安全系统是较为先进和安全的一种设备。

（二）罐区安全设置

正常情况下，石油化工油品储罐区的日常运行是较为稳定的，风险与事故发生概率较低，所以对于没有特殊要求的罐区一般只设置报警装置和联锁机制。若依据实际情况需要设置自动化仪表系统，则应严格按照国家标准《石油化工安全仪表系统设计规范》来对自动化仪表工程进行设计，确保其符合国家相关标准规定。同时，还要对设计出的自动化仪表安全等级与可操作性进行检验和评估，以便合理确定出仪表所需安全等级，确保仪表能够切实发挥效用对危险现场进行安全测量，并为自动化仪表系统安装方案的制定提供理论依据和支持。

根据以往石油化工油品储罐区发生的重大事故原因分析，违章作业是导致事故发生的主要原因之一，所以除了防护防爆之外，还要对各作业环节、操作行为等可能引发火灾等事故因素进行认真检测与控制，提高油品罐区安全系数。

（三）有毒气体、可燃气体检测

对于自动化仪表在有毒有害气体、可燃性气体方面的检测设计，许多相关规范中都进行了明确的规定，如《石油化工可燃气体及有毒气体检测报警设计规范》等。即在仪表工程实际设计过程中，需严格按照这些规范来进行。但值得注意的是，由于编制原则和侧重点存在一定差异，因而各规范规定标准不尽相同，有些差别较大，所以自动化仪表对有毒气体、可燃气体检测功能与标准的设计，应对石油化工油品罐区现场及要求进行综合考虑。

五、储罐计量设计方案

石油化工产品储罐在采用静压法的时候，要严格遵守国家相关标准。静压法主要是针对储罐内液体压力和差压测量，对于压力变送器具有依赖性。静压法的优点是：将测量结果进行换算，并可以迅速得到参数值，投资成本比较低，设计方案也是比较简单的。但是，这种方法不能得到储罐内全部液体的平均密度，会使得测量结果出现偏差。在确定最佳设计方案时，要对测量仪表结构、现场仪表结构、自动控制系统结构进行分析，并制定出适合这些装置的集成方案。对于要求低的小型罐区，可以将软件组态方式应用到自动控制系统当中，从而提高了石油的计量管理水平。对于计算相对来说较复杂的计量装置，则在储罐结构设计中加入计量软件。

由于在设计方案中所含的变量比较多，设计人员要在储罐结构中设置信号通信单元，并根据相关标准选择合适的信号传输方式，增强储罐自动化控制运行率。同时，在各种辅助数据表作用下，设计人员选择的计算方法可以提高准确性，得到储罐油品质量信息及体积参考信息，进而对储罐服务功能有了提高。