ژانویه 8, 2023 
Tank Gauging System
آشنایی با TGS و راهنمای طراحی و خرید برای مخازن LPG
مقدمه :
مجموعه حاضر از گرد آوری یکسری اطلاعات کلی در خصوص سیستم اندازه گیری مخازن LPG تهیه گردیده است که میتواند در جریان خرید، نصب و راه اندازی سیستم مذکور مورد استفاده قرار گیرد.
اختصارات:
CCR: Central Control Room
CSS: Combined Safety System
ESD: Emergency Shutdown
EWS: Engineering Work Station
FAT: Factory Acceptance Test
FIU: Field Interface Unit
I/O: Input/Output
LAN: Local Area Network
LER: Local Equipment Room
LPG: Liquefied Petroleum Gas
LTD: Level, Temperature & Density Probe
MMI: Man Machine Interface
MTBF: Mean Time Between Failure
MTTR: Mean Time to Repair
OWS: Operator Work Station
OIML: International Organization of Legal Metrology
PCS: Process Control System
PSD: Process Shutdown System
PSU: Power Supply Unit
RTD: Resistance Temperature Detector
SAT: Site Acceptance Test
SIL: Safety Integrity Level
TGS: Tank Gauging System
UPS: un interruptible Power Supply
VDU: Visual Display Unit
شرایط کاری و نوع تجهیزات:
- کلیه تجهیزات می بایست با توجه به استانداردهای مناطق پرخطر(Hazardous Area) ساخته، نصب، نگهداری و سرویس شوند.
- کلیه تجهیزات سیستم TGS (مانند تابلوها) می بایست مطابق با استانداردهای تعریف شده و با توجه به شرایط جوی (مانند: بادهای نمکی، شنی، سولفاته و گوگردی) و دمای محیط ساخته شوند.
- کلیه تجهیزات می بایستی در شرایط ذیل نیز بتوانند سرویس دهی کنند:
1- تغیرات ناگهانی در دما یا فشار(اگرچه تجهیزات می بایستی در جو ثابتی قرار گیرند).
2- تجهیزاتی که ممکن است در مقابل تابش مستقیم نور خورشید قرار گیرند از مقاومت لازم برخوردار باشند.
مهمترین استانداردهای مورد استفاده در طراحی سیستم TGS (ساخت، تست و راه اندازی)
- API 551 Process Measurement Instrumentation
- API 552 Transmission Systems
- API 554 Process Instruments and Control
- API6D Specification for pipeline valves (steel gate, plug, ball and check valves).
- ASME PTC 19.3 Performance Test Code Temperature Measurement.
- BS 3463 Specification for observation and gauge glasses for pressure vessels
- BS 7671 Requirements of electrical installations. IEE wiring regulations.
- BS EN 50262. Metric cable glands.
- BS EN 837 Pressure Gauges: Selection and Installation Recommendations
- ANSI B 16.5 Pipe flanges and flanged fittings.
- IEC 60079 (all parts) Electrical Apparatus for Explosive Gas Atmospheres
- IEC 60529 Degrees of Protection Provided by Enclosures (IP Code)
- IEC 60751 Industrial Platinum Resistance Thermometer Sensors
- IEC 61000 Electromagnetic compatibility
- IEC 61520 Metal thermowells for thermometer sensors – Functional Dimensions
- ISA S.5.1. Instrumentation symbols and identification.
- ISA S.5.4 Instrument Loop Diagrams
- ISA 1 Annunciators – sequences and specification.
- ISO 9001:J994 or ISO 900 I:2000 (including design) Quality Management System requirements
- ISO 9002: 1994 Quality systems – model for quality assurance in production, installation and servicing
- NACE MR-01-75 Sulphide stress cracking resistant metallic material for oil field equipment.
- OIML R85 Dynamic Automatic level gauges for measuring the level of liquid in fixed storage tanks
مدارک رفرنس جهت خرید و نصب سیستم TGS:
- Instrumentation Control & Safety System Philosophy
- General Instrumentation Technical Specification
- Specification for Instrument Piping material
- Specification for Instrument Cable
- PID – propane, butane, condensate, pentane &… storage tanks
- Mechanical data sheet
- Site, Environmental and Utility Data
- Painting Specification
مشخصات فنی مورد نیاز جهت خرید و نصب سیستم TGS:
- a) Supply and Functional Specifications
- b) TGS general architecture and cable block diagram
- c) Data sheets and calculation notes (if applicable)
- d) General Arrangement (Instrument, JB, Panels, etc.)
- e) Instrument Hook-up drawings
- f) Cable list and interconnection drawings
- g) Instrument loop diagrams
- h) Layout and Wiring Diagrams (Instrument, JB, Panels, etc.)
- i) I/O list & assignment, Graphic displays drawings
- j) List of data to be exchanged with the PCS (bus/memory mapping or hardwired),
- k) Calibration Procedures
- I) Hazardous Area Certificates
- m) FAT & SAT procedures
- n) Test Results
- 0) Recommended spare parts for start-up and commissioning
- p) Recommended spare parts for 2 years operation
گواهینامه ها و مدارک بازرسی لازم جهت خرید تجهیزات:
- The conformity certificates.
- The test and calibration certificates for all instruments.
- The electrical hazardous area certificates (EEx, IS) for all instruments.
- The material certificates.
- The air pressure tests certificates.
- The hydraulic pressure tests certificates (if applicable).
فلسفه کنترل در سیستم TGS:
این سیستم جهت مانیتور کردن محتویات داخل تانک میباشد و شامل سیستم اندازه گیری پیوسته سطح، دما و چگالی میباشد.
نکته: سیستم باید بگونه ای باشد که جهت تعمیرات و یا تعویض دیوایسهای ابزار دقیق تانک به فعالیتهای خود ((Loading/Unloading ادامه دهد.
هرکدام از تانکهای LPG تقریباً شامل تجهیزات ابزاردقیق ذیل روی سقف تانک میگردند:
- دوعدد اندازه گیر سطح، یکی باسیستم Servo و دیگری با سیستم Radar که هردو می بایست به سیستمهای TGS و ESD متصل گردند.
- دو عدد اندازه گیر متوسط دمای تانک متصل به سیستم TGS.
- یک عدد مولتی سنسورLTD (Level + Temperature + Density) متصل به سیستم TGS
- یک عدد بررسی کننده سطح سیال با یکی از تکنولوژی های “servo gauge” یا “capacitive sensor“ که برای وضعیتهای اضطراری که تانک از کنترل خارج میشود.(توسط یک سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر به سیستم ESD) و هیچگونه لینکی به TGS ندارد.
- یک عدد Pressure Transmitter متصل به TGS.
- یک عدد Level Transmitter برای TRIP های اظطراری در High level High جهت توقف پر شدن تانک (توسط یک سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر به سیستم ESD) هیچگونه لینکی به TGS ندارد.
- یک عدد Level Transmitter برای TRIP های اظطراری در Low Low level جهت توقف تخلیه تانک (توسط یک سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر به سیستم ESD) هیچگونه لینکی به TGS ندارد.
- همچنین هرکدام از تانکهای LPG به بررسی کننده های دمای پخش شده در دیواره داخلی تانک، بین تانک داخلی و تانک خارجی و فونداسیون تانک تجهیز میباشند.
- این سنسورهای دما RTD)) به سیستم TGS متصل میگردند ( جهت مانیتور کردن سرمایش و یا محافظت تانک در مقابل نشتی)
سیستم TGS:
- سنسورهای متصل به تابلو کنترلی که در اتاقک تجهیزات LER قرار میگیرند.
- شاخص های سطح، دما و چگالی که در پایین تانک نصب گردیده اند.
- تابلوهای کنترل که برای هر تعداد تانک تعبیه شده اند.
- اختصاص یک کنسول PC جهت مشخص کردن وضعیت کاری یا تعمیرات که در اتاق LER نصب میگردد.
- یک کابل Single Link جهت انتقال کلیه اطلاعات (شامل: محاسبات، اندازه گیری ها و آلارم ها) به سیستم کنترل پروسس PCS جهت مانیتورشدن در ایستگاه کاری اپراتوری OWS
اجزای سیستم TGS:
1- Servo Level Gauge:
چهار عدد خروجی دارد که به ترتیب:
- یک خروجی جهت نشان دادن سطح سیال، که توسط باس ارتباطی به سیستم TGS وصل میگردد.
- یک خروجی جهت نشان دادن سطح سیال، که توسط باس ارتباطی به سیستم TGS وصل میگردد. که به PCS(سیستم کنترل پرسس) نیز توسط یک سریال لینک از LAH و LAL متصل میگردد.
- اتصال LSHHمرتبط با ESD جهت Tripهای اظطراری
- اتصال LSLL مرتبط با ESD جهت Trip های اظطراری
Servo Level Gauge بخشهای ذیل را در بر میگیرد:
1- چاه استیل که بر روی تانک نصب میگردد.
2- یک عدد Ball Valve با بیشترین ظرفیت ممکن.
3- یک عدد کلید قدرت ایزوله شده (نزدیک Level Gauge)
نکته: Servo Level Gauge میبایست بگونه ای باشد که توسط نرم افزار مخصوص TGS از نظر ”کالیبراسیون“ و“ تکرارپذیری“ قابل بررسی باشد.
4- یک عدد نمایشگر ارتفاع در پای هر تانک (بصورت منطقه ای) باید قرار گیرد بگونه ای که هرگونه قعطی در سیستم TGS خللی در عملکرد نمایشگر پای تانک ایجاد نکند.
5- سوئیچ الکتریکی SPDT جهت Trip ها که در حالت کاری نرمال بسته و در حالت Trip باز میشوند.
6- سوئیچ LSLL که توسط یک ”1002“ Voting Logic فعال میگردد.
7- سوئیچ LSHH که توسط یک ”2003“ Voting Logic فعال میگردد.
2- RADAR GAUGE
چهار عدد خروجی دارد که به ترتیب:
- یک خروجی جهت نشان دادن سطح سیال، که توسط باس ارتباطی به سیستم TGS وصل میگردد.
- یک خروجی جهت نشان دادن سطح سیال، که توسط باس ارتباطی به سیستم TGS وصل میگردد. که به PCS(سیستم کنترل پرسس) نیز توسط یک سریال لینک از LAH و LAL متصل میگردد.
- اتصال LSHHمرتبط با ESD جهت Tripهای اظطراری
- اتصال LSLL مرتبط با ESD جهت Trip های اظطراری
RADAR LEVEL GAUGE بخشهای ذیل را در بر میگیرد:
1- چاه استیل که بر روی تانک نصب میگردد.
2- یک عدد کلید قدرت ایزوله شده (نزدیک Level Gauge)
نکته: Servo Level Gauge میبایست بگونه ای باشد که توسط نرم افزار مخصوص TGS از نظر ”کالیبراسیون“ و“ تکرارپذیری“ قابل بررسی باشد.
3- یک عدد نمایشگر ارتفاع در پای هر تانک (بصورت منطقه ای) باید قرار گیرد (برای هر RADAR LEVEL GAUGE ،بصورت اختصاصی) بگونه ای که هرگونه قعطی در سیستم TGS خللی در عملکرد نمایشگر پای تانک ایجاد نکند.
4- سوئیچ الکتریکی SPDT جهت Trip ها که در حالت کاری نرمال بسته و در حالت Trip باز میشوند.
5- سوئیچ LSLL که توسط یک ”1002“ Voting Logic فعال میگردد.
6- سوئیچ LSHH که توسط یک ”2003“ Voting Logic فعال میگردد.
3- نمایشگر دمای میانگین
در این عملکرد سه آیتم زیر مدنظر ما می باشد:
1- میانگین دمای بخش مایع توسط سنسورهای مواد مایع.
2- میانگین دمای بخش گاز توسط سنسورهای مواد غیر مایع.
3- دمای تک تک سنسورها به تنهائی.
این سیستم تشکیل شده از حداقل 10 سنسور دما می باشد که بطور یکنواخت در سراسر تانک پخش گردیده است.
این سیستم به همراه LEVEL GAUGE به TGS متصل میگردد.
4- LTD (LEVEL + TEMPERATURE + DENSITY) SENSOR PROBE MULTI
جهت اندازه گیری آیتمهای سطح، دما و چگالی سیال به شرح ذیل میباشد:
- ارتفاع برودتی محصول.
- دما در نقطه اندازه گیری ارتفاع.
- چگالی در نقطه اندازه گیری ارتفاع.
این سنسور توسط یک پورت ریداندنت به سیستم TGS و BUS سراسری متصل میگردد.
نصب سیستم LTD به شرح ذیل میباشد:
1- یک نازل آلومینیومی که توسط سازنده تانک تعبیه میگردد.
2- یک عدد BALL VALVE طبق استاندارد AISI 316 که با وندورهای TGS هماهنگی داشته باشد.
3- یک محفظه کالیبراسیون (در صورت لزوم)، که توسط وندور TGS تهیه میگردد.
4- یک سوئیچ ایزوله جهت منبع تغذیه.
5-نمایشگر محلی برای سطح/دما/چگالی که روی زمین و در کنار مخزن متصل به LTD
نکته: سیستم میبایست به گونه ای باشد تا در صورت قطع سیستم TGS در نمایشگرهای محلی اختلالی ایجاد نگردد.
در پروسه نرم افزاری که شامل سیستم کنترل میباشدعملکرد سنسورها میبایست به شرح ذیل باشد:
درقسمت کف تانک:
چگالی سنج بصورت دستی یا اتوماتیک. سنسور میبایست اختلاف دما و چگالی را با توجه به موقعیت خود نشان دهد.
سنسور میبایست از پایین تا بالای تانک (بخش مایع و گاز) را سیر کند.
در قسمت سطح سیال:
نمایشگر سطح: سنسور میبایست با تغیرات سطح جابجا گردد و بتواند بعنوان دومین اندازه گیر سطح عمل نماید. همچنین به صورت اتوماتیک یا دستی سنسور میبایست در سطح سیال پایین برود ودما وچگالی را اندازه گیری نماید. هنگامی که به کف مخزن رسید سنسور میبایست به سطح سیال بازگردد و اندازه گیری سطح را از سر بگیرد.
5- ستون مدرج سطح جهت حفاظت OVERFILL
این DEVICE نباید فعالیتش با تغیرات چگالی گاز مختل شود. در حالتی که مخزن به حالت High High Level میرسد یک سیگنال 4-20میلی آمپر به ESD ارسال میگردد که باعث قطع عملیات تخلیه گاز به مخزن میگردد.
6- Pressure Transmitter
یک Pressure transmitter هوشمند نزدیک کف تانک قرار میگیرد. جهت اندازه گیری مستمر سطح ثابت سیال.
که به سیستم TGS و BUS ارتباطی متصل میگردد.
7- RTD جهت مانیتورینگ سرما و نشتی
نمایشگر RTD(مقاومت 100اهم در دمای0درجه سانتیگراد) و سه نوع سیم تهیه ونصب گردیده، سه سیم در JUNCTION BOX و روی سقف تانک LPG قرار میگیرند. که به سیستم TGS و BUS ارتباطی متصل میگردند.
که جهت حصول مانیتورینگ دمای پوسته تانک و برقرار ساختن مشخصات دمایی درطی سرمایش و کار نرمال تانک.
حفاظت از نشتی در فضای بین تانک داخلی وتانک خارجی.
حفاظت از نشتی در فونداسیون
8-سیستم کنترل
الف- وظایف اتاقک کنترل:
که در اطاق LER قرار میگیرد و وظایف زیر را بعهده دارد:
-جمع آوری اطلاعاتی که توسط ابزار دقیق تانکها ارسال میگردد، وهمچنین پیامهای آلارم که توسط ابزار دقیق ارسال میگردد را نشان میدهد.
- انجام محاسبات
- چک کردن کالیبراسیون و تکرارپذیری LEVEL/SERVO LEVEL GAUGE
-ارسال فرمان به LTD
ب- ایستگاه نظارت و هماهنگی
در اتاق LER قرار میگیرد و شامل یک PC تحت سیستم عامل ویندوز بهمراه مانیتور، کیبورد و ماوس میباشد.
در واقع مرکز اصلی ارتباط اپراتور و TGS میباشد. و اجازه ایجاد هماهنگی DEVICEها، جهت کار ویا تعمیرات را میدهد. که نرم افزار مخصوص اینکار میبایست بر روی سیستم نصب گردد.
همچنین اطلاعات گرافیکی ذیل برروی مانیتور نمایش داده میشوند:
– تمامی ورودی های اندازه گیری شده و اطلاعات محاسباتی.
- نمایش آلارمهای پروسس تانک.
- نمایش آلارم های FAIL تجهیزات ابزار دقیق.
- نمایش وضعیت کلی تانک از نظر دما، و چگالی.
- نمایش روند تغیرات محاسبه شده ورودی ها.
- نمایش DETAIL ارتباط میان ابزارهای دقیق و مرکز.
- نمایش آلارم سیستم.
ج-BUSارتباطی میان TGS و PCS
یک کابل سینگل لاین سریال لینک تحت پروتکول MUDBUS تمام اطلاعات ( مانند مقادیر محاسبه شده ویا اندازه گیری شده و آلارمهاو …) را به سیستم PCS جهت مایتور کردن در OWS انتقال میدهد.
قطع ارتباط میان TGS و PCS نباید اختلالی در عملکرد TGS ایجاد کند.
د- تجهیزات موردنیاز اتاقک کنترل
-اتاقک مورد نظر میبایست دارای کف کاظب جهت تسهیل در ارتباط میان تابلوها باشد.
-تابلوها میبایست از عقب وجلو دسترسی داشته باشند.
-ورودی کابل ها میبایست از پایین باشد.
-ابعاد تابلوها می بایست 800*2200*800 باشد.
-تابلو حداقل میبایست طبق استاندارد IP45 ساخته شوند.
ترمینالهای I/O میبایست بصورت عمودی قرار بگبرند وازنوع LNIFE-EDGE باشند.
تست های سیستم TGS:
الف-عمومی
ب-تستهای ورودی تولید کننده (IFAT)
ج-تستهای کارخانه ای (FAT)
د-تست سخت افزارها
ل- تست نرم افزاری
م- تست یک پارچگی سیستم
ن- تست در محل سایت (SAT)
و- LOOP TEST
منتظر انتشار مقالات جدید دیگر ما در وبلاگ نوتاش صنعت باشید.