艾默生过程控制有限公司

气柜是炼油、冶金、焦化等重化工工业生产的重要设备，用于贮存各种工业气体，同时也用于平衡气体需用量的不均匀性的一种容器设备。其中低压气柜又有湿式与干式两种结构。材质多样。而湿式气柜是最简单常见的一种气柜。通常用于煤气贮存，由水封槽和钟罩两部分组成。钟罩是没有底的、可以上下动的圆筒形容器。如果贮气量大时，钟罩可以由单层改成多层套筒式，各节之间以水封环形槽密封。

图1 典型的湿式气柜

这种气柜的工作模式是在无气体时，钟罩落下在柜壁上，当充气时，钟罩开始上升，动力来源于柜体上的电动机，通过齿轮将钟罩抬起；每层气柜之间有水封或油封来保持密闭。

该装置为企业生产的重大危险源，其危险性体现在两个方面，一是柜内介质通常为煤气，属于极易燃易爆气体，介质本身危险性较高；二是气柜钟罩在上升时是由数个电机带动，虽然各层之间有水封层保护，但是当各个电机线速度不均衡或某一电机出现卡顿时，钟罩将会发生倾斜，倾斜时，水封层将会发生不可避免的泄漏，严重时钟罩可能倾覆导致气体大量外泄并产生爆炸。

因此，对该装置进行监测，防止钟罩卡顿，倾覆是保证安装生产的重要环节。

但是由于该装置为活动结构，利用自动化手段进行实时监控面临布线困难，参照物难以寻找等难题。目前大多数企业没有直接监测手段，一般通过摄像头人工监测，或者通过监测电机运行进行间接监测。使用摄像头人工监测需要专人值守，且人员工作量大、响应速度慢，在夜间、风雨天气时更是难以达到良好效果。 而通过电机工作状态监测可以检查出电机卡顿，但是毕竟为间接监测，可靠性一般且无法监测电机线速度不一致导致的事故隐患。

鉴于现场的实际情况和困难，艾默生公司罗斯蒙特产品事业部提出了使用无线导波雷达技术对气柜柜位进行直接测量的方案，该方案的测量原理是在钟罩上安装三台3308系列无线导波雷达，实时监测雷达到水封层的空高，系统实时追踪并记录这三点空高的变化，根据三点成一面的原理，当三台雷达空高一致时，说明钟罩位置良好，当钟罩倾斜时，雷达到水封层的高度必然发生改变，因此，可以在DCS控制系统中进行设置，通过算法计算钟罩的倾斜值，当倾斜值（Roof Tilt）大于报警设定值，或者3308的测量值大于或者低于初始设定值（Normal Distance），DCS系统就会发出报警信号，提醒现场人员对浮盘进行故障排查。

示意图如2、图3所示。

图2 方案示意图

图3 方案示意图

这种监测方式有以下几个有优点：

（1）实现了直接测量和实时控制，整个系统和方案简单、直观、可靠；

（2）直接用于测量的仪表为导波雷达产品，导波雷达作为一种成熟可靠高精度的测量仪表已经得到广泛认可，而罗斯蒙特3308系列导波雷达是其中的佼佼者；

（3）艾默生开创性的发明了具有无线功能的罗斯蒙特导波雷达，自带电池供电，测量信号通过无线HART通讯协议直接传回中控室，在该测点上完美解决装置活动带来的供电和布线难题；

（4）使用了工业无线物联网技术，艾默生罗斯蒙特无线产品使用WIRELESS HRAT通讯协议，不依赖第三方移动通讯网络，且接口开源并符合ISO等相关通讯规范，使用“手拉手”式密钥通讯保证通讯的安全，而同步信道跳频技术与DSSS直接序列扩频技术保证无线信号的抗干扰能力与稳定性符合工业现场使用要求。是一种已经很成熟稳定且开源的技术。

3308无线雷达是以先进的无线通信技术和雷达测量技术结合而成，基于时域反射测量技术（TDR）原理的无线液位变送器。当脉冲到达被测材料的表面时，一部分能量被反射回变送器，脉冲和反射脉冲之间的时间差被换算为距离，然后根据距离计算总液位或界面液位。

3308无线导播雷达是成熟的艾默生罗斯蒙特有线系列产品家族的升级产品，与有线仪表具有相同的强大性能以及各种数字化、智能化功能，且可以使用常规的HART手操器、设备管理PC软件等工具方便的进行组态与调试。其通过WirelessHart数字通讯协议向艾默生无线网关传输多种实时过程数据和丰富的诊断信息。3308无线设备由非充电的、一次性锂电池供电，最大使用寿命可达7年。

目前，艾默生公司的这一解决方案已在内蒙某焦化厂、新疆某重化工企业，及山东、陕西等多个企业的气柜上安装使用，使用效果良好，大大提高了该危险源的安全性，在目前这个新形式和特殊环境下，为企业的安全生产增添砝码，为企业的稳定运行保驾护航。

摘自《自动化博览》2020年7月刊