罐体尺寸的设计以及就地显示液位仪表的选择

一、本文概述　　
工业生产中经常要安装和使用到罐体，用于储存生产中液态原料和液体产成品。罐体内的液体介质高度对于生产来说是一项重要的数据，要通过安装合适的液位仪表的测量得到，罐体的尺寸对于后续的仪表选择和安装是一个非常重要的因素，它关系到持续安全可靠生产。因此说，工艺罐中的液位仪表选择最具挑战性，决定装置是否能安全可靠的运行。而达到这一目标的一个困难就是罐体的尺寸设计。
 
选择安装液位仪表通常是由不同的人在不同的时间来完成的，而不是作为一个系统做全面的评估。就地仪表安装在罐上，显示罐的液位并自动控制液位，如果发生报警则表示出现了异常情况，提醒操作工立即做出反应。达到安全生产线时自动将工艺恢复到安全状态。液位仪表的使用技术以及它们的安装方法都罐的有效使用、对控制系统都有着重大影响。本文就是从设计罐的尺寸、液位仪表的选择到安装的为用户选择一种最佳方案提供思路，并通过实际的案例说明整体构思的效益。
　
二、设计罐的尺寸
目前在化工行业中(CPI)对罐的尺寸的设计有很多种选择，最通用的有两种方法。
　　第一种方法：在半满的基础上以每分钟的流量数或者驻留时间计算罐的体积，大部分实践都用5分到10分钟。裂解炉进料缓冲罐与压缩机入口分离罐的液体槽都是特别设计的，因为在那里需要更多的驻留时间。这种方法只需要知道体积流量以及罐所输入的设备则可以对罐进行设计了，所以被广泛使用。
　　第二种方法：这种方法特别用于设计蒸馏回流罐，但是通过调整驻留时间则也可以设计其它类型的工艺罐。这种方法需要掌握罐的使用极限来确定管道总体积，所以比第一种方法稍复杂一点。
　　还有其它设计方法与第二种方法不一样，那就是应该考虑到罐跑空或者溢罐时可能会发生的危险。
　　
三、设计罐尺寸的最佳范例
　　当罐处于概念设计阶段时，为了节约预算，又没有足够的资料来明确生产极限，因此在设计的初期阶段通常以订单的25%到75%预测费用。第一种方法是很精确的而且易于使用。在最终确定罐的尺寸时，为确保罐的可使用体积能满足罐的功能还要再考虑一个因素，即除了第二种方法所涉及到的使用极限外，设计罐的工程师还要考虑下列问题：
　　·使用什么样的液位仪表技术
　　·怎样安装液位仪表
　　·危险情况发生之前的报警及操作工做出适当反应的时间在很多种情况下这两种方法产生相同的效果，但是花少量的时间优化罐的详细设计会清楚的知道一个罐的实际操作范围，会有意想不到的收益。
　　2.1就地液位仪表
　　就地液位仪表可以在现场从外观上就可以确认出生产中液位是否过多，校正液位传感器、测试液位开关。下边讨论两种经常使用的型号：
　　A)玻璃液位计，一个单面的玻璃液位计，是一种简单的直观的观察液位的仪表。相对于罐的可使用体积玻璃液位计的一个局限是它通常只延伸3in或者在液位计顶部到底部总计6in，罐可以使用那一部分不能完全被液位计所看见，所以生产极限范围被忽略了。而且由于存在着工艺介质被损坏或者丢失的风险，较高的罐通常需要多个重叠的液位计（通常5-ft 或者更短），这样则还需要几个到仪表、排放或者放空阀的平台。
　　B）磁翻板液位计：腔内安有一个磁性浮子，当浮子通过磁场时显示器的磁性翻柱就改变了颜色。这种型号的液位计可以处理其它液位计不能处理的局限问题。磁翻板液位计能测量整个宽度，而且不会有玻璃损坏的现象发生。所以用一个仪表就可以轻松测量10英尺或者更长的范围，就是说不需要更多的到仪表阀的平台。安装时还需要考虑的问题是：磁翻板液位计在底部与浮子连接的地方需要更多的空间，以便拆除浮子，因为浮子比一个普通的玻璃仪表要大很多并重很多，也需要更强的支撑。
　　2.2传感器与开关
　　液位传感器与开关可以在远处显示出罐中的液位，通常是通过4-20mA的远传信号输出实现这一功能。有一个自动液位控制与报警来显示非正常状态，提示操作工立即采取行动。如果达到了生产极限，它可以使工艺自动恢复到安全状态。目前市场上有许多传感器与开关的技术，单一的技术不能满足各种生产的需要。传感器的测量范围通常与就地仪表的测量范围相同或者略低（通常4-6 in.)。这样传感器的读数则可以直接与外观检查的传感器相比较进行校正检查保证其功能的正确性。
　　2.3应该建立一个罐容量表将液位读数的百分比转换成罐容量的百分比
　　如果需要，大部分现代化的控制系统都可以用自动转换公式编程。通常高位报警与停车的设定点都不超过传感器测量范围的90%。同样，低位报警与停车的设定点都不超过传感器测量范围的10%.由此保证在正常工况下能读出所有重要数据。
　　
四、在选择液位仪表时应该考虑下列技术方面的问题
　　3.1正常工况或者异常工况下所测量的液体物理性质变化的问题
　　如果液体密度有明显的变化则不能选用差压仪表测量。如果液体电导率有变化或者很低，雷达或电容技术则不合适。
　　3.2任何停车点都设定在报警点之后，提醒操作工立即采取行动，使工艺恢复到正常状态，防止超过安全线
　　报警点与停车点的时间差应该是给操作工足够的时间做出反应处理发生的问题。
　　3.3为保证液位仪表的设计与工艺设计相互一致，在工艺仪表图(P&ID)也应表示出罐的高低报警与停车点。
　　3.4液位仪表的鞍桥
　　在罐上通常使用液位仪表鞍桥将多个液位仪表安装在一幅工艺连接点上，而不是给每个仪表都分别提供与罐的接点。这样可以避免对罐造成不必要的压力或者因增加压力而增加罐的壁厚，进而增加安装喷嘴的费用。将仪表安装在横向鞍桥上的时候通常需要工艺接点水平方向交叉避免互相产生界面。如果每个仪表都在罐上有独立的接点则可以避免这个问题，也不需要鞍桥，减少了焊接的费用，也减少了安装仪表所需阀门的数量，从而完全消除工艺控制与管线设计之间的界面。所有这些都降低了液位仪表安装的复杂性和费用。
　
五、液位仪表的最佳范例
　　为了最有效的使用罐并使其在仪表测量与控制范围内应采取下列步骤，这些步骤中的每一个都能增加大约6 in的测量范围或者总计大约18in:
　　4.1使用磁翻板液位计而不是玻璃液位计。
　　4.2使用液位传感器测量整个就地仪表的可视范围而不是狭小的范围。
　　4.3用其自身的工艺连接将仪表直接安装在罐上，不使用鞍桥。
　　罐的尺寸越小，能测量的总体积的百分比就越大，大约18英寸，同时对卧式罐、侧壁较短的排水罐、立式罐也是如此。
　　例如：分别一个磁翻板液位仪表、一个传感器安装在一个立式罐上。仪表的工艺接口在大约距切线距离12in的地方，所以喷嘴大约为10ft。因为磁性液位仪表直接安装在罐上，工艺连接之间的可视范围覆盖了10 ft。因为安装了液位传感器所以测量范围和液位仪表的相同，覆盖了整个10ft的范围。传感器测量范围的报警点在90% 与 10%之间只对操作极限有24 in的丢失。在这种情况下，罐的高度是12 ft，罐中间8 ft的地方代表传感器报警范围内可使用容量。通过改变仪表的型号与安装方法，操作极限与可使用容量与以前相比增加了15%。虽然这个罐的尺寸与原来的相同，但是增加的15%可使用容量则可以对工艺改变有更大的允许度而不会产生报警或停车。
　　另一个重要方面是系统的安装费用比以前的要小很多。因为它不需要鞍桥配管、阀门较少、焊点较少而且节省仪表。占用的实际空间也少。
　
六、结论
　　为确保罐的尺寸设计合理考虑如何安装仪表是非常重要的。全面评估罐的就地仪表主要应包括:
　　·工艺标的
　　·罐的成本效益设计
　　·液位仪表技术与安装方法
　　·操作工对报警及重新控制安全生产所需的时间
　　·巡查维护仪表、截止阀、放空、排放阀所需的通道与平台