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氣柜是煉油、冶金、焦化等重化工工業生產的重要設備，用于貯存各種工業氣體，同時也用于平衡氣體需用量的不均勻性的一種容器設備。其中低壓氣柜又有濕式與干式兩種結構。材質多樣。而濕式氣柜是最簡單常見的一種氣柜。通常用于煤氣貯存，由水封槽和鐘罩兩部分組成。鐘罩是沒有底的、可以上下動的圓筒形容器。如果貯氣量大時，鐘罩可以由單層改成多層套筒式，各節之間以水封環形槽密封。

圖1 典型的濕式氣柜

這種氣柜的工作模式是在無氣體時，鐘罩落下在柜壁上，當充氣時，鐘罩開始上升，動力來源于柜體上的電動機，通過齒輪將鐘罩抬起；每層氣柜之間有水封或油封來保持密閉。

該裝置為企業生產的重大危險源，其危險性體現在兩個方面，一是柜內介質通常為煤氣，屬于極易燃易爆氣體，介質本身危險性較高；二是氣柜鐘罩在上升時是由數個電機帶動，雖然各層之間有水封層保護，但是當各個電機線速度不均衡或某一電機出現卡頓時，鐘罩將會發生傾斜，傾斜時，水封層將會發生不可避免的泄漏，嚴重時鐘罩可能傾覆導致氣體大量外泄并產生爆炸。

因此，對該裝置進行監測，防止鐘罩卡頓，傾覆是保證安裝生產的重要環節。

但是由于該裝置為活動結構，利用自動化手段進行實時監控面臨布線困難，參照物難以尋找等難題。目前大多數企業沒有直接監測手段，一般通過攝像頭人工監測，或者通過監測電機運行進行間接監測。使用攝像頭人工監測需要專人值守，且人員工作量大、響應速度慢，在夜間、風雨天氣時更是難以達到良好效果。 而通過電機工作狀態監測可以檢查出電機卡頓，但是畢竟為間接監測，可靠性一般且無法監測電機線速度不一致導致的事故隱患。

鑒于現場的實際情況和困難，艾默生公司羅斯蒙特產品事業部提出了使用無線導波雷達技術對氣柜柜位進行直接測量的方案，該方案的測量原理是在鐘罩上安裝三臺3308系列無線導波雷達，實時監測雷達到水封層的空高，系統實時追蹤并記錄這三點空高的變化，根據三點成一面的原理，當三臺雷達空高一致時，說明鐘罩位置良好，當鐘罩傾斜時，雷達到水封層的高度必然發生改變，因此，可以在DCS控制系統中進行設置，通過算法計算鐘罩的傾斜值，當傾斜值（Roof Tilt）大于報警設定值，或者3308的測量值大于或者低于初始設定值（Normal Distance），DCS系統就會發出報警信號，提醒現場人員對浮盤進行故障排查。

示意圖如2、圖3所示。

圖2 方案示意圖

圖3 方案示意圖

這種監測方式有以下幾個有優點：

（1）實現了直接測量和實時控制，整個系統和方案簡單、直觀、可靠；

（2）直接用于測量的儀表為導波雷達產品，導波雷達作為一種成熟可靠高精度的測量儀表已經得到廣泛認可，而羅斯蒙特3308系列導波雷達是其中的佼佼者；

（3）艾默生開創性的發明了具有無線功能的羅斯蒙特導波雷達，自帶電池供電，測量信號通過無線HART通訊協議直接傳回中控室，在該測點上完美解決裝置活動帶來的供電和布線難題；

（4）使用了工業無線物聯網技術，艾默生羅斯蒙特無線產品使用WIRELESS HRAT通訊協議，不依賴第三方移動通訊網絡，且接口開源并符合ISO等相關通訊規范，使用“手拉手”式密鑰通訊保證通訊的安全，而同步信道跳頻技術與DSSS直接序列擴頻技術保證無線信號的抗干擾能力與穩定性符合工業現場使用要求。是一種已經很成熟穩定且開源的技術。

3308無線雷達是以先進的無線通信技術和雷達測量技術結合而成，基于時域反射測量技術（TDR）原理的無線液位變送器。當脈沖到達被測材料的表面時，一部分能量被反射回變送器，脈沖和反射脈沖之間的時間差被換算為距離，然后根據距離計算總液位或界面液位。

3308無線導播雷達是成熟的艾默生羅斯蒙特有線系列產品家族的升級產品，與有線儀表具有相同的強大性能以及各種數字化、智能化功能，且可以使用常規的HART手操器、設備管理PC軟件等工具方便的進行組態與調試。其通過WirelessHart數字通訊協議向艾默生無線網關傳輸多種實時過程數據和豐富的診斷信息。3308無線設備由非充電的、一次性鋰電池供電，最大使用壽命可達7年。

目前，艾默生公司的這一解決方案已在內蒙某焦化廠、新疆某重化工企業，及山東、陜西等多個企業的氣柜上安裝使用，使用效果良好，大大提高了該危險源的安全性，在目前這個新形式和特殊環境下，為企業的安全生產增添砝碼，為企業的穩定運行保駕護航。

摘自《自動化博覽》2020年7月刊