氣柜是煉油、冶金、焦化等重化工工業(yè)生產(chǎn)的重要設備，用于貯存各種工業(yè)氣體，同時(shí)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(zhì)多樣。而濕式氣柜是最簡(jiǎn)單常見(jiàn)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(méi)有底的、可以上下動(dòng)的圓筒形容器。如果貯氣量大時(shí)，鐘罩可以由單層改成多層套筒式，各節之間以水封環(huán)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(wú)氣體時(shí)，鐘罩落下在柜壁上，當充氣時(shí)，鐘罩開(kāi)始上升，動(dòng)力來(lái)源于柜體上的電動(dòng)機，通過(guò)齒輪將鐘罩抬起；每層氣柜之間有水封或油封來(lái)保持密閉。

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

因此，對該裝置進(jìn)行監測，防止鐘罩卡頓，傾覆是保證安裝生產(chǎn)的重要環(huán)節。

但是由于該裝置為活動(dòng)結構，利用自動(dòng)化手段進(jìn)行實(shí)時(shí)監控面臨布線(xiàn)困難，參照物難以尋找等難題。目前大多數企業(yè)沒(méi)有直接監測手段，一般通過(guò)攝像頭人工監測，或者通過(guò)監測電機運行進(jìn)行間接監測。使用攝像頭人工監測需要專(zhuān)人值守，且人員工作量大、響應速度慢，在夜間、風(fēng)雨天氣時(shí)更是難以達到良好效果。 而通過(guò)電機工作狀態(tài)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(wú)法監測電機線(xiàn)速度不一致導致的事故隱患。

鑒于現場(chǎng)的實(shí)際情況和困難，艾默生公司羅斯蒙特產(chǎn)品事業(yè)部提出了使用無(wú)線(xiàn)導波雷達技術(shù)對氣柜柜位進(jìn)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(wú)線(xiàn)導波雷達，實(shí)時(shí)監測雷達到水封層的空高，系統實(shí)時(shí)追蹤并記錄這三點(diǎn)空高的變化，根據三點(diǎn)成一面的原理，當三臺雷達空高一致時(shí)，說(shuō)明鐘罩位置良好，當鐘罩傾斜時(shí)，雷達到水封層的高度必然發(fā)生改變，因此，可以在DCS控制系統中進(jìn)行設置，通過(guò)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(huì )發(fā)出報警信號，提醒現場(chǎng)人員對浮盤(pán)進(jìn)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(gè)有優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現了直接測量和實(shí)時(shí)控制，整個(gè)系統和方案簡(jiǎn)單、直觀(guān)、可靠；

（2）直接用于測量的儀表為導波雷達產(chǎn)品，導波雷達作為一種成熟可靠高精度的測量?jì)x表已經(jīng)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(kāi)創(chuàng )性的發(fā)明了具有無(wú)線(xiàn)功能的羅斯蒙特導波雷達，自帶電池供電，測量信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)HART通訊協(xié)議直接傳回中控室，在該測點(diǎn)上完美解決裝置活動(dòng)帶來(lái)的供電和布線(xiàn)難題；

（4）使用了工業(yè)無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，艾默生羅斯蒙特無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品使用WIRELESS HRAT通訊協(xié)議，不依賴(lài)第三方移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )，且接口開(kāi)源并符合ISO等相關(guān)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(shù)與DSSS直接序列擴頻技術(shù)保證無(wú)線(xiàn)信號的抗干擾能力與穩定性符合工業(yè)現場(chǎng)使用要求。是一種已經(jīng)很成熟穩定且開(kāi)源的技術(shù)。

3308無(wú)線(xiàn)雷達是以先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和雷達測量技術(shù)結合而成，基于時(shí)域反射測量技術(shù)（TDR）原理的無(wú)線(xiàn)液位變送器。當脈沖到達被測材料的表面時(shí)，一部分能量被反射回變送器，脈沖和反射脈沖之間的時(shí)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(wú)線(xiàn)導播雷達是成熟的艾默生羅斯蒙特有線(xiàn)系列產(chǎn)品家族的升級產(chǎn)品，與有線(xiàn)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(jìn)行組態(tài)與調試。其通過(guò)WirelessHart數字通訊協(xié)議向艾默生無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)傳輸多種實(shí)時(shí)過(guò)程數據和豐富的診斷信息。3308無(wú)線(xiàn)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(chǎng)、新疆某重化工企業(yè)，及山東、陜西等多個(gè)企業(yè)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(gè)新形式和特殊環(huán)境下，為企業(yè)的安全生產(chǎn)增添砝碼，為企業(yè)的穩定運行保駕護航。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年7月刊