雷達(dá)液位計(jì)在重油罐液位計(jì)量上的應(yīng)用案例分析

 雷達(dá)液位計(jì)在重油罐液位計(jì)量上的應(yīng)用案例分析：

石油加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種產(chǎn)品，重油就是其中一種，它是原油提取汽油、柴油后的剩余重質(zhì)油，比重一般在0.82～0.95，其成分主要是碳?xì)浠衔?，另外含有部分的（約0．1～4％）的硫黃及微量的無(wú)機(jī)化合物。 其加工的方法目前主要是通過(guò)催化裂化等手段，將它轉(zhuǎn)化為分子量小的油，再重新利用。一般用于地轉(zhuǎn)速大馬力的大型柴油機(jī)組，比如說(shuō)，大型遠(yuǎn)洋輪船上的，船舶柴油機(jī)。其有密度大、黏度大、雜質(zhì)多、儲(chǔ)存輸轉(zhuǎn)溫度高（高溫110℃）、油品含水及蒸汽量大、進(jìn)油過(guò)程中易起泡沫等特點(diǎn)，給儲(chǔ)罐液位計(jì)量?jī)x表的選用帶來(lái)很大困難。對(duì)于重油的液位測(cè)量一直是一個(gè)比較頭疼的難題，多年來(lái)一直未得到有效解決，一直采用人工檢尺的傳統(tǒng)方法控制儲(chǔ)罐液位。工人每天要沿15～23m高的盤(pán)梯上下多次，忍受油品高溫烘烤，勞動(dòng)強(qiáng)度大且不安全。另外，由于人工監(jiān)測(cè)的不連續(xù)性，無(wú)法防范冒罐事故。因此，選用一種實(shí)用的液位計(jì)量?jī)x表刻不容緩。
本文通過(guò)對(duì)多年選用重油儲(chǔ)罐液位計(jì)量?jī)x表失敗的分析，提出使用雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用于重油儲(chǔ)罐液位計(jì)量，很好地解決了問(wèn)題，保證了儲(chǔ)罐的安全，取得了較好的社會(huì)效益。

一、液位儀表失效原因分析

1. 浮子式液位儀、碼盤(pán)表、光導(dǎo)液位儀。這些儀表的機(jī)械部分主部件都包括浮球、鋼絲或鋼帶等。這種機(jī)械傳動(dòng)受重油黏度影響大、浮子無(wú)法隨液面實(shí)時(shí)升降；其次由于重油雜質(zhì)多，儲(chǔ)罐底為沉積油泥，浮子到達(dá)罐底附近時(shí)極可能沉入油泥中而不能上??；第三，冬季氣候寒冷，罐內(nèi)蒸汽量大，排出后形成的冷凝水使罐頂機(jī)械傳動(dòng)部分凍凝不能計(jì)量。

2. 靜壓式液位儀表。此類(lèi)代表的差壓變送器是主要部件，引壓元件毛細(xì)管常因?yàn)橹赜宛ざ却?、雜質(zhì)多而堵塞失靈。3. 國(guó)產(chǎn)雷達(dá)液位計(jì)使用失敗主要原因是技術(shù)不過(guò)關(guān)。重油介電常數(shù)太低，進(jìn)油時(shí)泡沫多造成雷達(dá)波衰減過(guò)大，向天線(xiàn)的反射量太小而測(cè)量不準(zhǔn)。
二、新型雷達(dá)液位計(jì)選用

1. 新儀表選型儲(chǔ)油罐液位儀表的選用主要考慮以下因素。

（1）油罐大小。對(duì)于1 萬(wàn)m3 的大中型油罐，應(yīng)選擇科技含量較高的儀表；
（2）使用目的。對(duì)于直接售油或進(jìn)油的油罐，要選用精度較高的液位計(jì)計(jì)量級(jí)而不是過(guò)程監(jiān)控級(jí)的儀表；
（3）儲(chǔ)存介質(zhì)特性。因介質(zhì)黏度大、雜質(zhì)多應(yīng)選用非接觸式儀表；
（4）操作維護(hù)性。應(yīng)盡量選用易操作、易維護(hù)、易安裝、維護(hù)費(fèi)用低的儀表；
（5）數(shù)據(jù)傳輸性能。要求儀表數(shù)據(jù)能遠(yuǎn)傳，接口要標(biāo)準(zhǔn)化。
2.雷達(dá)液位計(jì)工作原理
（1）測(cè)量原理雷達(dá)液位計(jì)是一種俯視式時(shí)間行程測(cè)量系統(tǒng)，用于測(cè)量從參考點(diǎn)（罐頂處）到介質(zhì)液位表面的間距。一般雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量是通過(guò)天線(xiàn)發(fā)出微波，在被測(cè)介質(zhì)液面產(chǎn)生反射，并被天線(xiàn)接收，通過(guò)電子線(xiàn)路轉(zhuǎn)換后送到微處理機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。雷達(dá)波傳導(dǎo)的距離由發(fā)射波與反射波的頻率計(jì)算，由于雷達(dá)波以光速傳播，對(duì)于油罐這種相對(duì)高度不大的測(cè)量對(duì)象而言，要求分辨率*，所以測(cè)量反射時(shí)間幾乎不可能。解決辦法是改變發(fā)射波頻率，測(cè)量發(fā)射波與反射波的頻率差，計(jì)算出雷達(dá)波傳輸?shù)木嚯x，這就是RTG 系列雷達(dá)液位計(jì)所采用的調(diào)頻連續(xù)波（ FMCW） 技術(shù)。液位的測(cè)量頻率通常在10GHz 附近，測(cè)量精度<±1mm。
（2）實(shí)用中的問(wèn)題
①重油儲(chǔ)存、進(jìn)油溫度高對(duì)儀表的影響。由于雷達(dá)波傳播不需要空氣介質(zhì)，因此其傳播速率幾乎不受溫度變化的影響。當(dāng)t=500℃時(shí)，反射時(shí)間的變化為0.002%；t=2 000℃時(shí)，反射時(shí)間的變化遠(yuǎn)小于0.003%，*適合對(duì)重油高溫介質(zhì)進(jìn)行液位測(cè)量。
②重油罐內(nèi)操作壓力的影響。微波傳播幾乎不受空氣密度變化的影響，因此雷達(dá)液位計(jì)能在真空或受壓狀態(tài)下正常工作，真空狀態(tài)下微波傳播速率相對(duì)空氣狀態(tài)下僅變化0.002 9%；但當(dāng)操作壓力高到某一范圍時(shí)，壓力對(duì)測(cè)量帶來(lái)的誤差就不容忽視。現(xiàn)在推出的雷達(dá)液位計(jì)產(chǎn)品，允許壓力為6.4MPa，重油儲(chǔ)罐屬常壓，因此*適用。
③揮發(fā)性、介電常數(shù)、液面狀態(tài)等介質(zhì)特性對(duì)測(cè)量的影響。易揮發(fā)性氣體和惰性氣體對(duì)雷達(dá)液面計(jì)的測(cè)量均沒(méi)有影響，因此重油罐內(nèi)的蒸汽對(duì)測(cè)量無(wú)影響，但液體介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)、湍流狀態(tài)、泡沫等被測(cè)介質(zhì)特性，對(duì)微波信號(hào)的衰減應(yīng)引起足夠重視。當(dāng)介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)小到一定值時(shí)，雷達(dá)波的有效反射信號(hào)衰減過(guò)大，導(dǎo)致液位計(jì)無(wú)法正常工作，因此介電常數(shù)必須大于產(chǎn)品所要求的小值。隨著SAAB 產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的豐富和軟件處理技術(shù)的不斷完善，RTG 系列的有些產(chǎn)品幾乎不受相對(duì)介電常數(shù)的影響，如RTG 型產(chǎn)品已非常成功地應(yīng)用于相對(duì)介電常數(shù)在1.2～1.9 之間的物料液位測(cè)量，重油介電常數(shù)在3.5 左右，基本不影響儀表測(cè)量結(jié)果。另外，RTG 系列儀表微波發(fā)射角僅9°，較一般儀表小，也可有效防止油品液面泡沫的散射作用，可以大限度降低雷達(dá)波衰減，加之*的軟件處理技術(shù)，可以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
3. 測(cè)量系統(tǒng)控制原理
見(jiàn)圖1，安裝在罐底的壓力變送器和罐頂?shù)?鉑電阻溫度、壓力變送器的信號(hào)匯入罐頂一次表，再匯入罐底二次表。二次表是顯示單元，可顯示液位、溫度、壓力等數(shù)據(jù)， 接入現(xiàn)場(chǎng)通信單元（FCU），計(jì)算機(jī)也接入FCU，對(duì)所有FCU 上的液位儀表進(jìn)行管理。

高精度智能靜壓壓力變送器將罐頂氣相壓力引至罐底壓力變送器（測(cè)總壓力）負(fù)壓接口，準(zhǔn)確測(cè)出總的儲(chǔ)罐液體壓強(qiáng)（或壓差△p），乘以罐底面積獲得較高精度的儲(chǔ)液質(zhì)量，然后根據(jù)雷達(dá)表測(cè)得的液位高度計(jì)算出液體體積，再計(jì)算出液體密度。因此這一混合測(cè)量系統(tǒng)不僅能測(cè)得儲(chǔ)罐液位和油溫，還可以計(jì)算出質(zhì)量、體積和密度，以及這些參數(shù)的瞬時(shí)值和累計(jì)量，使用管理起來(lái)十分方便。
4. 儀表安裝調(diào)試
雷達(dá)表的安裝非常簡(jiǎn)單，選擇方便觀察的位置，不要安裝在湍流劇烈的進(jìn)油口上方，避開(kāi)罐內(nèi)固定目標(biāo)，如盤(pán)管等即可。調(diào)試過(guò)程中要選好天線(xiàn)角度，保證雷達(dá)波反射。
5. 管理軟件功能
隨儀表附帶的計(jì)算機(jī)管理軟件運(yùn)行于微軟Windows 操作平臺(tái)，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，管理通信單元，計(jì)算質(zhì)量和流量，設(shè)置報(bào)警點(diǎn)等。軟件界面顯示空尺（雷達(dá)表實(shí)測(cè)值，單位m）、液位（參考點(diǎn)高度- 空尺，單位m）、液面上升速率（m/h），罐內(nèi)油品平均溫度（℃）、密度（t/m3）、流量等。

三、使用效果分析
雷達(dá)液位計(jì)投用后，對(duì)393 罐進(jìn)行了標(biāo)定，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1 393 罐雷達(dá)液位計(jì)標(biāo)定數(shù)據(jù)表單位：mm
靜測(cè)值是指正常進(jìn)油或發(fā)油后，每?jī)尚r(shí)關(guān)閉閥門(mén)一次，此時(shí)若進(jìn)油則將油品改進(jìn)其它罐，若發(fā)油時(shí)則停止發(fā)油。在這種情況下測(cè)得的值稱(chēng)靜測(cè)值。關(guān)閉閥門(mén)是為了消除兩種測(cè)量方式的時(shí)間差，這種方式給了液面一定的穩(wěn)定時(shí)間，測(cè)得數(shù)據(jù)誤差會(huì)小一些，可以作為計(jì)量過(guò)程?！　?/span>

 動(dòng)測(cè)值是指進(jìn)或發(fā)油過(guò)程中在同一時(shí)刻（人為保證，時(shí)間誤差盡量?。┧鶞y(cè)得的值。由于液面上升或下降沒(méi)有停止，這種方式誤差較大，可以作為過(guò)程監(jiān)控。
　　標(biāo)定結(jié)果表明，雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)具有非常好的精度重復(fù)性，在儲(chǔ)罐停止作業(yè)的情況下和人工檢尺的精度比對(duì)在±4mm 以?xún)?nèi)；動(dòng)態(tài)情況下也不超過(guò)±17mm，雷達(dá)液位計(jì)可以測(cè)量?jī)?chǔ)罐內(nèi)的液位，能滿(mǎn)足重油儲(chǔ)罐過(guò)程監(jiān)控和液位計(jì)量的要求。
四、效益
1. 降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。由于儀表精度很高，*測(cè)量要求，將原來(lái)需要對(duì)動(dòng)態(tài)罐每?jī)尚r(shí)人工檢尺一次改為每班一次，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
2. 降低了罐區(qū)操作風(fēng)險(xiǎn)。一是工人上罐次數(shù)減少，減少了人身安全事故；二是雷達(dá)液位計(jì)可以做到連續(xù)監(jiān)測(cè)液位，消除人工檢尺只能兩小時(shí)監(jiān)測(cè)一次液位的弊端，確保儲(chǔ)罐進(jìn)油液位受控，基本杜絕了冒罐事故。
3. 減少了維修次數(shù)，降低了維修費(fèi)用。采用雷達(dá)液位計(jì)以后，由于系非接觸測(cè)量，避免了因重油黏度大、雜質(zhì)多造成的對(duì)測(cè)量?jī)x表的堵塞。另外系統(tǒng)抗腐蝕性強(qiáng)、易于清理、精度高、無(wú)可動(dòng)部件、工作可靠、故障率低，可基本免于維修。據(jù)統(tǒng)計(jì)，相對(duì)于靜壓測(cè)量系統(tǒng)可節(jié)約維修費(fèi)用達(dá)0.2 萬(wàn)元/罐·年。
4. 軟件功能強(qiáng)大、實(shí)用，方便了操作人員。隨機(jī)附帶的計(jì)量管理系統(tǒng)不但可以在操作室電腦上即時(shí)顯示液位高度，還可以顯示重油的溫度、質(zhì)量、體積等參數(shù)的瞬時(shí)量和累計(jì)量，使用起來(lái)非常方便。
五、需要解決的問(wèn)題
1. 重油進(jìn)油時(shí)的湍動(dòng)和泡沫對(duì)微波有散射和吸收作用，會(huì)造成微波信號(hào)衰減，影響液位儀正常工作。因此應(yīng)將進(jìn)油溫度控制在100℃以下，防止罐底水沸騰引起液面大幅度湍動(dòng)和大量起泡沫，做好儲(chǔ)罐脫水工作。

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