隨著超聲波液位測(cè)量技術(shù)的發(fā)展成熟，主流超聲波液位開(kāi)關(guān)可靠性不斷提高，使得超聲波液位開(kāi)關(guān)在工業(yè)控制中被逐步的認(rèn)可，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文結(jié)合不同的儲(chǔ)罐類(lèi)型來(lái)重點(diǎn)分析超聲波液位開(kāi)關(guān)優(yōu)缺點(diǎn)，以利于更好的選用超聲波液位開(kāi)關(guān)。

 

1  超聲波液位開(kāi)關(guān)的工作原理

超聲波液位開(kāi)關(guān)通過(guò)罐壁向罐內(nèi)發(fā)射一個(gè)超聲波脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)首先會(huì)在罐壁內(nèi)產(chǎn)生多次反射波，這個(gè)回波定義為底波。如果在傳感器安裝的位置，罐內(nèi)有介質(zhì)（見(jiàn)圖1），這個(gè)脈沖信號(hào)還會(huì)通過(guò)介質(zhì)在傳感器安裝位置的罐體對(duì)面的內(nèi)表面產(chǎn)生回波，這個(gè)回波定義為反射波。

如果傳感器安裝位置罐內(nèi)沒(méi)有介質(zhì)（見(jiàn)圖2），由于金屬和空氣的比重聲速相差太大，即聲阻抗相差太大，則只有底波而沒(méi)有發(fā)射波 ；通過(guò)罐壁向罐內(nèi)發(fā)射一個(gè)脈沖信號(hào)，這個(gè)脈沖信號(hào)會(huì)在罐壁內(nèi)產(chǎn)生多次回波，而且回波的次數(shù)和傳感器安裝位置罐內(nèi)有無(wú)介質(zhì)有關(guān)，無(wú)介質(zhì)時(shí)因?yàn)槭侨�反射的次多，而有介質(zhì)時(shí)由于一部分能量進(jìn)入介質(zhì)，反射的次數(shù)就會(huì)變少。

綜上，根據(jù)底波和反射波的不同特性能分析判斷儲(chǔ)罐超聲波液位開(kāi)關(guān)安裝處是否有液的。

 

2  超聲波液位開(kāi)關(guān)的性能特點(diǎn)

非接觸測(cè)量，傳感器置于罐或管道的外部 ；安裝簡(jiǎn)單，不需要切割和焊接 ；罐壁材質(zhì)可以是金屬、玻璃、塑料等 ；適合高壓場(chǎng)合的測(cè)量 ；適合具有毒性或腐蝕性介質(zhì)的測(cè)量 ；滿足惡劣現(xiàn)場(chǎng)要求的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)和防護(hù)等級(jí) ；傳感器故障時(shí)維護(hù)方便，便于及時(shí)維修，保證超聲波液位開(kāi)關(guān)完好投用。

 

3  儲(chǔ)罐超聲波液位開(kāi)關(guān)的應(yīng)用分析

惠州石化一期 / 二期原油罐、液態(tài)烴罐、燃料油罐和二期成品油儲(chǔ)罐全部使用外貼式超聲波液位開(kāi)關(guān)，一期成品油罐普遍使用音叉液位開(kāi)關(guān)，其中有值得推廣的應(yīng)用，也有需要總結(jié)改進(jìn)的不足。

 

3.1  原油儲(chǔ)罐

原油組成復(fù)雜，易含有有毒有害介質(zhì)，且易含有雜物，主要可選的液位開(kāi)關(guān)為外貼式超聲波開(kāi)關(guān)和音叉液位開(kāi)關(guān)。音叉液位開(kāi)關(guān)可選側(cè)裝式和頂裝式，側(cè)裝式低液位探頭易受雜物影響，且原油長(zhǎng)期投用后罐底會(huì)淤積油泥，均易導(dǎo)致誤報(bào)，高液位探頭易被浮盤(pán)密封從罐壁刮出的油泥封住不能正常使用，且從南方沿海地區(qū)原油罐實(shí)際運(yùn)行情況分析，會(huì)季節(jié)性的出現(xiàn)浮盤(pán)密封從罐壁刮油泥落在浮盤(pán)上的問(wèn)題 ；頂裝式音叉液位開(kāi)關(guān)，可降低雜物纏繞的可能性，頂裝低液位探頭同樣會(huì)受到油泥的影響，且頂裝式低液位探頭插入深度太大無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

 

超聲波液位開(kāi)關(guān)低液位傳感器貼于對(duì)應(yīng)高度的罐壁，高液位傳感器可安裝在扶梯附近的罐壁處，安裝維護(hù)方便，低液位開(kāi)關(guān)可選底波分析，避免受罐內(nèi)雜物及油泥影響。所以，原油儲(chǔ)罐宜選用超聲波液位開(kāi)關(guān)。

 

3.2  成品油儲(chǔ)罐

成品油主要有：汽油、柴油、航煤、組分油、化工原料油等，均是原油經(jīng)裂化、分餾后的產(chǎn)品，普遍較為清潔、不易凝固。成品油儲(chǔ)罐液位開(kāi)關(guān)選型上，超聲波液位開(kāi)關(guān)和音叉液位開(kāi)關(guān)均能滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)惠州石化一期儲(chǔ)罐的應(yīng)用案例分析，在南方沿海地區(qū)，超聲波液位開(kāi)關(guān)的傳感器與罐壁接觸面易受鹽霧影響產(chǎn)生腐蝕，腐蝕后超聲波傳導(dǎo)受阻，無(wú)法正常判斷是否有液 ；而且，超聲波液位開(kāi)關(guān)傳感器或電路板故障時(shí)，輸出到 DCS 或 SIS 的觸點(diǎn)一般不會(huì)動(dòng)作，只是現(xiàn)場(chǎng)控制器會(huì)顯示故障提示，需要定期現(xiàn)場(chǎng)檢查。

 

通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，音叉液位開(kāi)關(guān)故障率低，而且基本上都電子單元故障，故障處理不影響儲(chǔ)罐正常使用 ；音叉液位開(kāi)關(guān)投用后，不需要高頻次的定期檢查來(lái)確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)表是否有故障，降低使用的備件費(fèi)用和人工成本。故而，成品油儲(chǔ)罐應(yīng)首選音叉液位開(kāi)關(guān)，如是后期儲(chǔ)罐改造增設(shè)液位開(kāi)關(guān)，綜合施工難度和經(jīng)濟(jì)性因素可選擇超聲波液位開(kāi)關(guān)。

 

3.3  液態(tài)烴儲(chǔ)罐

液態(tài)烴儲(chǔ)罐可選音叉液位開(kāi)關(guān)和超聲波液位開(kāi)關(guān)，但是考慮到液態(tài)烴儲(chǔ)罐是壓力容器，不易在罐體開(kāi)孔過(guò)多，增加泄漏風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，另外如果音叉液位開(kāi)關(guān)音叉損壞，維修難度較大，只能儲(chǔ)罐清罐后才能處理。所以，綜合風(fēng)險(xiǎn)因素和維修難度，液態(tài)烴儲(chǔ)罐應(yīng)選擇超聲波液位開(kāi)關(guān)。

 

4  超聲波液位開(kāi)關(guān)安裝與維護(hù)

安裝布局圖見(jiàn)圖1。

4.1  安裝注意事項(xiàng)

傳感器安裝位置（圖4）要根據(jù)罐體結(jié)構(gòu)既要避免焊縫，又要確保傳感器安裝位置的正對(duì)方向的罐內(nèi)無(wú)管線等設(shè)施影響超聲波傳導(dǎo)，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況，選擇易于檢查維護(hù)的傳感器安裝位置 ；控制器盡量安裝在罐底，便于定期檢查維護(hù)。傳感器安裝固定后，要對(duì)傳感器周?chē)�罐壁進(jìn)行防腐，并于傳感器與罐壁的接口進(jìn)行加強(qiáng)防腐或涂膠。日后罐壁做防腐處理時(shí)，不要將傳感器取下，可直接沿傳感器周?chē)�進(jìn)行防腐，除非該傳感器已經(jīng)損壞。

 

4.2  主要維護(hù)工作

定期檢查現(xiàn)場(chǎng)控制器狀態(tài)，當(dāng)超聲波液位開(kāi)關(guān)電路板或傳感器故障損壞后，輸出到 DCS 的信號(hào)一般不會(huì)變化，為了保證超聲波液位開(kāi)關(guān)處在完好使用狀態(tài)，建議每?jī)芍芑蛎吭聶z查液位開(kāi)關(guān)控制器，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并修復(fù)。

 

定期檢查傳感器安裝位置的防腐，特別是在南方沿海地區(qū)，受高溫暴曬和鹽霧影響，傳感器安裝接口防腐易開(kāi)裂，導(dǎo)致傳感器安裝面的罐壁腐蝕，建議每年檢查維護(hù)一次傳感器的安裝接口，防止罐壁接觸面腐蝕影響超聲波正常傳導(dǎo)。

 

5  結(jié)論

超聲波液位開(kāi)關(guān)由于自身的優(yōu)點(diǎn)幾乎適用于所有的場(chǎng)合，但不是所有的場(chǎng)合超聲波液位開(kāi)關(guān)都是非常佳選擇，原油儲(chǔ)罐、液態(tài)烴儲(chǔ)罐超聲波液位開(kāi)關(guān)是非常佳選擇，對(duì)于常壓成品儲(chǔ)罐，選擇音叉液位開(kāi)關(guān)更安全可靠和經(jīng)濟(jì)。