摘要：储罐液位波动报警是通过检测储罐内液位高度或介质体积变化，检测并预警储罐介质泄露或非计划动转，防止事故发生及事态进一步扩大的重要防范机制。本文论述了外界温度、介质泄露及非计划动转对储罐液位波动的不同影响方式及后果，根据介质的标准体积不变这一理论，引入介质的膨胀系数剔除外界温度变化对液位的影响，用介质体积+介质膨胀系数作为液位波动报警参数，减少波动报警系统的误报和漏报。

　　关键词：储罐液位; 波动报警; 参数; 泄露; 膨胀系数

　　引言：

　　化学品储罐储存介质一般具有易燃、易爆及一定毒性，储罐介质的泄露会严重地影响生产，甚至威胁到财产和员工的生命安全，污染环境、土壤及地下水。储罐动转有严格的操作规程，非计划动转也可能发生混油、冒顶等事故，也应严格防范并及时预警。储罐液位波动报警就是通过检测储罐内介质高度或体积变化，实时判断是否发生储罐泄露或非计划动转，及时预警的机制。

　　一、油品渗漏及风险

　　工业中不应该流出或漏出的物质或流体，流出或漏出机械设备以外，称之为泄漏。油品化学品的使用无处不在，在现实的生产和生活中，从产品的开始生产到最终消亡的全过程中，不同形式、不同规模的油品化学品泄漏都在不断地发生。几乎每隔几天就会发生危险化学品的泄漏事故，消防部门每年参加处置的化学品泄漏事故最少上千起。

　　化工系统所发生的重大泄漏事故大部分是由于密封失效、密封件设计或安装不合理造成的。

　　二、造成储罐液面波动的原因

　　(一)造成储罐液面波动最主要原因是液体的热胀冷缩。

　　热胀冷缩是物体受热时会膨胀，遇冷时会收缩的特性。由于物体内的粒子运动会随温度改变，当温度上升时，粒子的振动幅度加大，令物体膨胀;但当温度下降时，粒子的振动幅度便会减少，使物体收缩。化学品储罐大多为露天储罐，罐内介质温度会随外界气温的影响而变化，由于液体热胀冷缩特性，储罐内介质体积也会发生变化，这也造成储罐液面波动最主要原因。

　　常温下，汽油的体积膨胀系数为1.26×10^-3，煤油的体积膨胀系数为9.0×10^-4，柴油的体积膨胀系数为8.0×10^-4。也就是说常温下油高为10米的汽油立式储罐，汽油油温每升高1摄氏度，体积就增加1.26×10^-3，高度将增加10毫米，油温每降低1摄氏度，体积就减少1.26×10^-3，高度将减少10毫米。

　　(二)人员失误，管道阀门关闭不严造成的非计划动转

　　由于生产和装卸的需要，危化品需要进行输转，储罐与储罐，储罐与生产装置，储罐与装卸油设备往往通过输油管道相连通。在计划内的油品输转，通常会制定方案，采取可靠的管控措施，介质的输转通常是可控的。但由于阀门等控制机构故障，人为操作失误，可能会造成非计划的介质输转。由于缺少必要的预警和管控措施，如果不能及时发现并处置，可能造成混油、冒顶等事故，给企业造成经济损失和环境污染。

　　(三)管道、储罐及附件密封失效产生泄漏。

　　输油管道、储罐、阀门及法兰等设备通常情况是密封的，但由于锈蚀、损坏及压力异常等原因也可能造成密封失效从而发生泄露。泄露往往更加隐蔽，更加无规律可循，后果也往往更严重，必须重点监测。

　　三、目前波动报警常用设置方法及优缺点

　　储罐介质泄露、非计划动转最直观的表现就是液位的波动变化。在现实工作中也往往用液位的波动来预警储罐介质泄露和非计划动转。因热胀冷缩引起的储罐液位波动是一种自然现象，一般也不会造成损失，因此在监测时要把热胀冷缩引起的波动与非计划动转、密封失效引起的波动区分开来，过滤因液体的热胀冷缩引起的波动，及时、准确发现非计划动转、密封失效引起的波动，减少误报和漏报。

　　(一)固定高度+波动限值法

　　设置方法：将储罐由动转状态转为静止状态的初始高度做为基准高度，并根据经验确定允许的上下波动范围。在此范围内波动警报不动作，超过此范围将触发报警。

　　优点：设置简单，容易理解

　　缺点：没有考虑油品受环境影响热胀冷缩。设置波动范围过小，阴雨天气及昼夜温差较大时会产生频繁误报;设置波动范围过大，又会在发生油品泄漏时迟报漏报;定期重设基准高度，又会因发生油品轻微泄漏未触发报警就更改基准高度造成无法检测油品泄漏。

　　(二)滚动高度+波动限值法

　　设置方法：将储罐由动转状态转为静止状态的初始液位高度做为第一个基准高度，并根据经验确定允许的上下波动范围。隔一定时间取当前液位高度作为第二个液位基准高度，并与储罐的第一个液位基准高度进行比较，两者之差超过波动范围触发报警，在此范围内波动警报不动作。依次类推，取第三个、第四个及第N+1个基准高度并与前一个基准高度进行比较，判断是否液位出现变化并报警。

　　优点：设置简单;考虑油品受环境影响热胀冷缩，可以避免由于储罐介质热胀冷缩引起的误报。

　　缺点：基准点随时间变化，会因发生油品轻微泄漏未触发报警就更改基准高度造成无法检测油品泄漏。所以只能检测介质较严重泄漏，不能检测较小渗漏，会发生油品泄漏时较严重漏报。

　　(三)固定高度+膨胀系数+波动限值法

　　设置方法：将储罐由动转状态转为静止状态的初始高度做为基准高度，根据经验确定允许的上下波动范围，实时读取液位仪高度，用当前温度对液位仪高度经膨胀系数修正后与基准高度比较。在此范围内波动警报不动作，超过此范围将触发报警。

　　优点：设置相对简单，考虑了油品热胀冷缩对高度的影响，减少了因热胀冷缩的误报

　　缺点：适用于直径较小的储罐，对直径较大的大型储罐的轻微渗漏需较长时间才能发现;如果储罐间歇动转，将会漏报储罐的轻微渗漏。

　　四、油品体积+膨胀系数+波动限值法

　　(一)标准体积+波动限值法的提出

　　1.标准体积+波动限值法的原理

　　在没有动转、泄漏的情况下，一定数量的油品的标准体积是固定的。我们可以通过测量介质的视密度、温度，查询石油计量表，计算出体积修正系数，将任一温度的体积转换为油品的标准体积与储罐由动转状态转为静止状态的标准体积进行比较，从而剔除掉外界温度对液位高度的影响。

　　2.优点：由于了剔除掉外界温度变化对液位高度的影响，能准确的检测到各种渗漏及非计划动转，减少了误报和漏报的发生。

　　3.缺点：由于每批次油品的标准密度不尽相同，为准确计算储罐内介质标准体积，需要把表60B产品体积修正系数表录入系统，每次动转后又需要计量计算介质并录入标准密度，操作繁琐。

　　(二)标准体积+波动限值法的优化

　　标准体积+波动限值法需导入表60B产品体积修正系数表，且每次动转后又需要计算并录入标准密度，操作较为繁琐。由于油品的膨胀系数很小，常温下油品温度不高且变化不大，膨胀系数可以看作常量，为计算方便起见，可采用油品体积+膨胀系数+波动限值法对非计划动转、密封失效引起的波动及时、准确进行预警。

　　直接计算油品标准体积，

　　(三)参数设置举例

　　1.计算公式

　　V20=Vt[1+α(20-t)]

　　V20表示20℃时介质的标准体积

　　Vt表示在t℃时介质的体积

　　α为介质的膨胀系数

　　t介质当前温度

　　2.参数及时间点确定

　　危化品储罐，目前液位自动计量中均实现了对介质温度、体积的实时监测读取。

　　(1)在液位波动设置中，在将储罐设置为静止罐时，读取储罐介质温度和体积数据，引入公式V20=Vt[1+α(20-t)]，选择相应介质膨胀系数α，将计算结果V20初做为基准值。

　　(2)实时读取储罐介质温度和体积数据，用公式V20=Vt[1+α(20-t)]计算实时介质标准体积。

　　3.根据经验确定允许的上下波动范围K。

　　在没有动转、泄漏的情况下，一定数量的介质的标准体积是固定的，理论上K值应为0。由于储罐容积、介质高度、温度测量均可能存在一定误差，可以根据经验确定允许的误差范围K。

　　4.比较|V20实-V20初|与K值大小

　　如果|V20实-V20初|大于K，认为介质体积发生波动，触发报警信号;如果小于等于K，认定为质体积未发生波动，波动警报不动作。

　　结论：

　　采用介质体积+介质膨胀系数作为液位波动报警参数，剔除了外界温度变化对液位的影响，相较液位高度法灵敏度高，能及时准确地监测储罐介质泄露或非计划动转，并实时进行预警，减少波动报警系统的误报和漏报，有效防范及预警泄露、混油、冒顶事故，防止环境污染及事态进一步扩大。同时介质体积+介质膨胀系数较液位高度法适用范围更广，不仅适用于横截面固定的拱顶储罐，也适用于横截面不固定的球罐，卧式罐等储罐。C

　　(作者单位：中国石油甘肃销售仓储分公司)

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