隨著超聲波液位測量技術的發(fā)展成熟，主流超聲波液位開關可靠性不斷提高，使得超聲波液位開關在工業(yè)控制中被逐步的認可，應用越來越廣泛。本文結合不同的儲罐類型來重點分析超聲波液位開關優(yōu)缺點，以利于更好的選用超聲波液位開關。

 

1  超聲波液位開關的工作原理

超聲波液位開關通過罐壁向罐內發(fā)射一個超聲波脈沖信號，這個信號首先會在罐壁內產(chǎn)生多次反射波，這個回波定義為底波。如果在傳感器安裝的位置，罐內有介質（見圖1），這個脈沖信號還會通過介質在傳感器安裝位置的罐體對面的內表面產(chǎn)生回波，這個回波定義為反射波。

如果傳感器安裝位置罐內沒有介質（見圖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，則只有底波而沒有發(fā)射波 ；通過罐壁向罐內發(fā)射一個脈沖信號，這個脈沖信號會在罐壁內產(chǎn)生多次回波，而且回波的次數(shù)和傳感器安裝位置罐內有無介質有關，無介質時因為是全反射的次多，而有介質時由于一部分能量進入介質，反射的次數(shù)就會變少。

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

 

2  超聲波液位開關的性能特點

非接觸測量，傳感器置于罐或管道的外部 ；安裝簡單，不需要切割和焊接 ；罐壁材質可以是金屬、玻璃、塑料等 ；適合高壓場合的測量 ；適合具有毒性或腐蝕性介質的測量 ；滿足惡劣現(xiàn)場要求的堅固結構和防護等級 ；傳感器故障時維護方便，便于及時維修，保證超聲波液位開關完好投用。

 

3  儲罐超聲波液位開關的應用分析

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罐全部使用外貼式超聲波液位開關，一期成品油罐普遍使用音叉液位開關，其中有值得推廣的應用，也有需要總結改進的不足。

 

3.1  原油儲罐

原油組成復雜，易含有有毒有害介質，且易含有雜物，主要可選的液位開關為外貼式超聲波開關和音叉液位開關。音叉液位開關可選側裝式和頂裝式，側裝式低液位探頭易受雜物影響，且原油長期投用后罐底會淤積油泥，均易導致誤報，高液位探頭易被浮盤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)原油罐實際運行情況分析，會季節(jié)性的出現(xiàn)浮盤密封從罐壁刮油泥落在浮盤上的問題 ；頂裝式音叉液位開關，可降低雜物纏繞的可能性，頂裝低液位探頭同樣會受到油泥的影響，且頂裝式低液位探頭插入深度太大無法實現(xiàn)。

 

超聲波液位開關低液位傳感器貼于對應高度的罐壁，高液位傳感器可安裝在扶梯附近的罐壁處，安裝維護方便，低液位開關可選底波分析，避免受罐內雜物及油泥影響。所以，原油儲罐宜選用超聲波液位開關。

 

3.2  成品油儲罐

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。成品油儲罐液位開關選型上，超聲波液位開關和音叉液位開關均能滿足設計要求，通過惠州石化一期儲罐的應用案例分析，在南方沿海地區(qū)，超聲波液位開關的傳感器與罐壁接觸面易受鹽霧影響產(chǎn)生腐蝕，腐蝕后超聲波傳導受阻，無法正常判斷是否有液 ；而且，超聲波液位開關傳感器或電路板故障時，輸出到 DCS 或 SIS 的觸點一般不會動作，只是現(xiàn)場控制器會顯示故障提示，需要定期現(xiàn)場檢查。

 

通過對比分析發(fā)現(xiàn)，音叉液位開關故障率低，而且基本上都電子單元故障，故障處理不影響儲罐正常使用 ；音叉液位開關投用后，不需要高頻次的定期檢查來確認現(xiàn)場表是否有故障，降低使用的備件費用和人工成本。故而，成品油儲罐應首選音叉液位開關，如是后期儲罐改造增設液位開關，綜合施工難度和經(jīng)濟性因素可選擇超聲波液位開關。

 

3.3  液態(tài)烴儲罐

液態(tài)烴儲罐可選音叉液位開關和超聲波液位開關，但是考慮到液態(tài)烴儲罐是壓力容器，不易在罐體開孔過多，增加泄漏風險點，另外如果音叉液位開關音叉損壞，維修難度較大，只能儲罐清罐后才能處理。所以，綜合風險因素和維修難度，液態(tài)烴儲罐應選擇超聲波液位開關。

 

4  超聲波液位開關安裝與維護

安裝布局圖見圖1。

4.1  安裝注意事項

傳感器安裝位置（圖4）要根據(jù)罐體結構既要避免焊縫，又要確保傳感器安裝位置的正對方向的罐內無管線等設施影響超聲波傳導，同時結合實際情況，選擇易于檢查維護的傳感器安裝位置 ；控制器盡量安裝在罐底，便于定期檢查維護。傳感器安裝固定后，要對傳感器周圍罐壁進行防腐，并于傳感器與罐壁的接口進行加強防腐或涂膠。日后罐壁做防腐處理時，不要將傳感器取下，可直接沿傳感器周圍進行防腐，除非該傳感器已經(jīng)損壞。

 

4.2  主要維護工作

定期檢查現(xiàn)場控制器狀態(tài)，當超聲波液位開關電路板或傳感器故障損壞后，輸出到 DCS 的信號一般不會變化，為了保證超聲波液位開關處在完好使用狀態(tài)，建議每兩周或每月檢查液位開關控制器，以便及時發(fā)現(xiàn)故障并修復。

 

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裂，導致傳感器安裝面的罐壁腐蝕，建議每年檢查維護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。

 

5  結論

超聲波液位開關由于自身的優(yōu)點幾乎適用于所有的場合，但不是所有的場合超聲波液位開關都是非常佳選擇，原油儲罐、液態(tài)烴儲罐超聲波液位開關是非常佳選擇，對于常壓成品儲罐，選擇音叉液位開關更安全可靠和經(jīng)濟。