引言
近年來，國內(nèi)外石油化工行業(yè)安全事故頻發(fā)，國家安全總局2014年頒發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)化學(xué)品罐區(qū)安全管理的通知》（安監(jiān)總管三[2014]68號）文件，文件要求?；穬蕃F(xiàn)場應(yīng)設(shè)置儲罐高低液位報警，采用超高液位自動聯(lián)鎖關(guān)閉儲罐進(jìn)料閥門和超低液位自動聯(lián)鎖停止物料輸送措施，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行，因?yàn)楣迏^(qū)的液位控制和液位聯(lián)鎖控制措施是確保儲罐系統(tǒng)安全控制的重要措施，因此，正確安裝與使用罐區(qū)智能控制液位開關(guān)儀表對確?；瘜W(xué)罐區(qū)的安全運(yùn)行具有重要的意義。
作為罐區(qū)的常用儀表--液位開關(guān)根據(jù)其工作原理的不同，主要分為以下幾種：浮球式液位開關(guān)、電容式液位開關(guān)、音叉式液位開關(guān)、超聲波液位開關(guān)、非接觸式外貼超聲波液位開關(guān)等，其中，新型非接觸式外貼超聲波智能液位開關(guān)具有不用清罐開孔，不影響罐區(qū)正常運(yùn)行的條件下，作為液位控制和聯(lián)鎖的關(guān)鍵部件，安裝簡單、維護(hù)方便、工作穩(wěn)定可靠、使用方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用周期長、維護(hù)工作量少、性價比高等特點(diǎn)，相比較接觸式測量的液位開關(guān)具有明顯的優(yōu)勢，因此，在化學(xué)品罐區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。
1 超聲波檢測的工作原理
超聲檢測技術(shù)是一種常規(guī)的無損檢測技術(shù)，它利用超聲波在材料中傳播時，遇到界面反射回來的聲訊號特征或聲能在不同介質(zhì)中衰減特征不相同的特征進(jìn)行參數(shù)檢測的技術(shù)。
超聲檢測方法通常由脈沖反射法、脈沖透射法、共振法和頻差法等。脈沖反射法是將脈沖超聲波發(fā)射后，當(dāng)傳播到有聲阻抗差異的界面（不同介質(zhì)）上時，產(chǎn)生反射聲波，根據(jù)反射波的形狀進(jìn)行測量的方法，如圖1為超聲波發(fā)生到不同介質(zhì)表面時所產(chǎn)生的反射與折射原理圖，該方法通常用一個探頭兼做發(fā)射和接受探頭。本外貼式超聲液位開關(guān)就是采用該測量原理設(shè)計的。
圖1超聲波在界面的反射與折射圖
2 外貼超聲波液位開關(guān)的使用現(xiàn)狀
外貼超聲波液位開關(guān)通常應(yīng)用于溫度在-40℃～100℃之間、容器厚度5mm～60mm密實(shí)材料的儲罐進(jìn)行液位的測量與控制。由于外貼超聲波液位開關(guān)在工作時與被測介質(zhì)不接觸，不需要為儲罐定制儀表安裝孔，對全密閉罐優(yōu)勢更加明顯，因此，伴隨著智能外貼超聲液位開關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，在罐區(qū)將獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
目前，國外生產(chǎn)的超聲液位開關(guān)品種不多，主要的產(chǎn)品如德國SONOTEC(索諾泰克)、美國FIL(費(fèi)爾本)等公司的外貼超聲波液位開關(guān)產(chǎn)品,其產(chǎn)品質(zhì)量較好，獲得了一定的應(yīng)用，但價格較貴，服務(wù)滯后，無法定制，制約了市場的需求。國內(nèi)生產(chǎn)的外貼超聲波液位開關(guān)在罐區(qū)系統(tǒng)應(yīng)用的主要為單、雙探頭外貼超聲波液位開關(guān)，單探頭外貼超聲波液位開關(guān)在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際工況(如針對不同的罐體材質(zhì)、罐內(nèi)介質(zhì)、溫度)進(jìn)行有液和無液的標(biāo)定和調(diào)試，無法進(jìn)行自動校準(zhǔn)：經(jīng)過一段時間使用后，還要定期校準(zhǔn)，液位開關(guān)標(biāo)定后，判據(jù)或門檻值在使用過程中是不變的，在實(shí)測工況和標(biāo)定工況的差別較大時，會出現(xiàn)誤報現(xiàn)象，目前也有一些廠家通過軟件及算法進(jìn)行誤報率的改進(jìn)，但效果參差不齊。
一般的雙探頭外貼超聲波液位開關(guān)為傳感器一發(fā)一收，如果罐壁中間有焊縫，超聲波信號無法傳輸，開關(guān)在安裝時要避開儲罐焊縫，同樣雙探頭外貼超聲波液位開關(guān)也不能避免工況變化的情況下，出現(xiàn)開關(guān)誤報問題。
總的來說，目前國內(nèi)生產(chǎn)的單、雙探頭外貼超聲波液位開關(guān)在使用過程中，都存在不同程度的誤報現(xiàn)象，部分產(chǎn)品目前還存在不同程度的缺陷；且兩者均存在安裝調(diào)試復(fù)雜，需要對設(shè)備表面進(jìn)行仔細(xì)打磨，對安裝、調(diào)試人員的素質(zhì)要求高，需要定期校準(zhǔn)來降低設(shè)備產(chǎn)生的誤報率，維護(hù)工作量較大。
3 新型智能外貼超聲波液位開關(guān)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用
在技術(shù)交流和項(xiàng)目應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)多探頭新型智能外貼超聲波液位開關(guān)彌補(bǔ)了以前常用的單、雙探頭外貼超聲液位開關(guān)的很多不足，其主要特點(diǎn)如下：
(1)增加（2個）校準(zhǔn)探頭，杜絕誤報：在測量探頭的基礎(chǔ)上，增加了2個校準(zhǔn)探頭，所述校準(zhǔn)探頭安裝在儀表工作時罐體上下液位不可能到達(dá)的位置，高低位測量探頭與校準(zhǔn)探頭與智能外貼超聲波液位開關(guān)主機(jī)連接，校準(zhǔn)探頭作為標(biāo)準(zhǔn)信號，利用測量探頭與校準(zhǔn)探頭進(jìn)行實(shí)時比較，進(jìn)行儀表的自校準(zhǔn)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)功能，杜絕誤報。
(2)智能化程度高：具有自診斷和現(xiàn)場參數(shù)調(diào)整功能，當(dāng)出現(xiàn)探頭脫落、探頭耦合程度不良、連接線纜斷路等故障，這些故障會導(dǎo)致主機(jī)內(nèi)置換能器測量信號發(fā)生變化，智能外貼超聲波液位開關(guān)可通過自診斷算法判斷出故障原因,表頭顯示故障代碼，并輸出故障代碼與報警信號；另外，根據(jù)使用的情況可對儀表的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行修正與修改。
(3)交互界面良好：交互界面采用中文顯示，直觀便捷；為了用戶的使用方便，交互界面采用遙控操作，實(shí)現(xiàn)不同的界面顯示與參數(shù)的設(shè)置操作。交互界面包含由：主菜單界面、參數(shù)設(shè)置界面、測量參數(shù)圖形顯示界面、調(diào)試界面、校準(zhǔn)界面等等。
(4)防爆的遙控操作功能：智能外貼超聲波液位開關(guān)在進(jìn)行防爆設(shè)計的同時，配備了不用開蓋就可以實(shí)現(xiàn)符合防爆設(shè)計的紅外遙控器，進(jìn)行功能選擇、觀察、調(diào)試等遙控操作。
(5)安裝簡單：交互界面及模塊化設(shè)計帶來安裝的便捷，考慮到示波器也不宜進(jìn)入防爆區(qū)域，新型智能外貼超聲波液位開關(guān)主機(jī)控制表頭可顯示探頭接收的波形，直觀了解信號真實(shí)程度和信號強(qiáng)弱程度，無需安裝時使用示波器輔助調(diào)試；另外，通過紅外遙控器可以實(shí)現(xiàn)菜單選擇與參數(shù)調(diào)試功能，現(xiàn)場調(diào)試安全、方便，為安裝提供了便利；針對探頭的安裝，排除了外部影響，探頭貼合部分不用打磨，不破壞漆面，無需躲避焊縫。
(6)調(diào)試方便：校準(zhǔn)探頭的使用讓調(diào)試更加方便，相對典型的單、雙探頭液位開關(guān)，安裝調(diào)試時必須進(jìn)行有液和無液狀態(tài)校準(zhǔn)，特別是高位校準(zhǔn)非常困難，因?yàn)橐话愎迏^(qū)系統(tǒng)液位很難達(dá)到高位。新型智能外貼超聲波液位開關(guān)的校準(zhǔn)探頭十分巧妙的解決這個難題，校準(zhǔn)探頭信號作為標(biāo)準(zhǔn)信號，利用測量探頭與校準(zhǔn)探頭比值進(jìn)行實(shí)時比較，判斷容器是否有液，使得安裝時無需真實(shí)液位。新型智能外貼超聲波液位開關(guān)采用的校準(zhǔn)探頭與測量探頭的比較，可以減少罐區(qū)系統(tǒng)環(huán)境溫度、信號干擾、探頭耦合程度等因素影響導(dǎo)致的誤動作，還可以降低液位開關(guān)的誤報率；
(7)維護(hù)簡易：自診斷功能讓維護(hù)更簡單，通常外貼超聲波液位開關(guān)出現(xiàn)誤報和故障，只能靠運(yùn)維人員判斷及儀表維護(hù)人員巡檢發(fā)現(xiàn)獲知，新型智能外貼超聲波液位開關(guān)主機(jī)具有中文界面，實(shí)時顯示液位狀態(tài)，同時具有維護(hù)診斷代碼顯示功能，當(dāng)出現(xiàn)故障，液位開關(guān)可通過自診斷功能判斷故障原因，顯示并可輸出故障代碼及報警信號，及時通知維護(hù)人員，修理，且故障期間不誤動作。
外貼超聲波液位開關(guān)的不足表現(xiàn)在液位開關(guān)的探頭離散性較大，互換性較差，當(dāng)罐壁發(fā)生腐蝕以后對測量結(jié)果具有影響。
4外貼超聲波液位開關(guān)的發(fā)展方向
?；穬迌Υ娴亩际且兹肌⒁妆?、有毒、腐蝕性液體，儲罐系統(tǒng)通常不方便清罐和開孔，工作在?；穬抟何豢刂浦械囊何婚_關(guān)的工作正常與否對危化品灌區(qū)的安全工作具有重要的影響，研究與開發(fā)使用方便、性能穩(wěn)定可靠的液位開關(guān)對保證?；饭迏^(qū)的安全運(yùn)行具有重要的意義。從應(yīng)用的角度分析液位開關(guān)的發(fā)展趨勢為：
(1) 高可靠性
液位開關(guān)的工作正常與否，影響到系統(tǒng)的安全，因此，提高液位開關(guān)的可靠性是液位開關(guān)設(shè)計的永恒話題。
外貼超聲波智能液位開關(guān)具有不用清罐開孔，不影響罐區(qū)正常運(yùn)行的條件下，作為液位控制和聯(lián)鎖的關(guān)鍵部件，便捷安裝，維護(hù)方便，多探頭的智能檢測方法防止了誤報的發(fā)生，在現(xiàn)有罐區(qū)系統(tǒng)內(nèi)改造或者增上緊急切斷系統(tǒng)中，是目前罐區(qū)智能液位開關(guān)首選設(shè)備，隨著產(chǎn)品的發(fā)展將在罐區(qū)液位控制中發(fā)揮越來越重要的作用。
(2) 智能化
對智能液位開關(guān)的高可靠性要求和使用環(huán)境的復(fù)雜與惡劣對液位開關(guān)的功能與性能提出更高的要求，隨著罐壁的變化要求液位開關(guān)必須有自診斷與修正功能的智能化儀表才能實(shí)現(xiàn)，隨著使用條件與環(huán)境的變化，對液位開關(guān)的智能化要求也越來越高。
(3) 網(wǎng)絡(luò)化
液位開關(guān)作為系統(tǒng)中的一個測量節(jié)點(diǎn)對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的影響，作為整個罐區(qū)的一個測量節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的上傳對整個系統(tǒng)的管理維護(hù)具有重要的意義，因此，液位開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)化通信功能是液位開關(guān)的發(fā)展趨勢。
5 總結(jié)
化學(xué)品儲罐液位測量的安全性對液位開關(guān)的性能要求越來越高，其方便使用、快捷安裝、便捷調(diào)試，維護(hù)簡單、智能診斷處理、自校準(zhǔn)功能等方面的要求是用戶采購與使用綜合考慮的重要因素。伴隨著新型智能外貼超聲波液位開關(guān)在?；穬抟何豢刂频闹饾u大量的應(yīng)用，相信在國內(nèi)這一類新型智能液位開關(guān)的新技術(shù)和新概念引領(lǐng)下，國內(nèi)智能液位開關(guān)的性能將邁上一個新臺階，將有越來越多的高性能智能化液位開關(guān)為罐區(qū)安全保駕護(hù)航。
