雷達液位計在重油罐液位計量上的應(yīng)用案例分析

 雷達液位計在重油罐液位計量上的應(yīng)用案例分析：

石油加工過程中會產(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，其成分主要是碳氫化合物，另外含有部分的（約0．1～4％）的硫黃及微量的無機化合物。 其加工的方法目前主要是通過催化裂化等手段，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組，比如說，大型遠洋輪船上的，船舶柴油機。其有密度大、黏度大、雜質(zhì)多、儲存輸轉(zhuǎn)溫度高（高溫110℃）、油品含水及蒸汽量大、進油過程中易起泡沫等特點，給儲罐液位計量儀表的選用帶來很大困難。對于重油的液位測量一直是一個比較頭疼的難題，多年來一直未得到有效解決，一直采用人工檢尺的傳統(tǒng)方法控制儲罐液位。工人每天要沿15～23m高的盤梯上下多次，忍受油品高溫烘烤，勞動強度大且不安全。另外，由于人工監(jiān)測的不連續(xù)性，無法防范冒罐事故。因此，選用一種實用的液位計量儀表刻不容緩。
本文通過對多年選用重油儲罐液位計量儀表失敗的分析，提出使用雷達液位計應(yīng)用于重油儲罐液位計量，很好地解決了問題，保證了儲罐的安全，取得了較好的社會效益。

一、液位儀表失效原因分析

1. 浮子式液位儀、碼盤表、光導液位儀。這些儀表的機械部分主部件都包括浮球、鋼絲或鋼帶等。這種機械傳動受重油黏度影響大、浮子無法隨液面實時升降；其次由于重油雜質(zhì)多，儲罐底為沉積油泥，浮子到達罐底附近時極可能沉入油泥中而不能上?。坏谌?，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械傳動部分凍凝不能計量。

2. 靜壓式液位儀表。此類代表的差壓變送器是主要部件，引壓元件毛細管常因為重油黏度大、雜質(zhì)多而堵塞失靈。3. 國產(chǎn)雷達液位計使用失敗主要原因是技術(shù)不過關(guān)。重油介電常數(shù)太低，進油時泡沫多造成雷達波衰減過大，向天線的反射量太小而測量不準。
二、新型雷達液位計選用

1. 新儀表選型儲油罐液位儀表的選用主要考慮以下因素。

（1）油罐大小。對于1 萬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。對于直接售油或進油的油罐，要選用精度較高的液位計計量級而不是過程監(jiān)控級的儀表；
（3）儲存介質(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）操作維護性。應(yīng)盡量選用易操作、易維護、易安裝、維護費用低的儀表；
（5）數(shù)據(jù)傳輸性能。要求儀表數(shù)據(jù)能遠傳，接口要標準化。
2.雷達液位計工作原理
（1）測量原理雷達液位計是一種俯視式時間行程測量系統(tǒng)，用于測量從參考點（罐頂處）到介質(zhì)液位表面的間距。一般雷達液位計的測量是通過天線發(fā)出微波，在被測介質(zhì)液面產(chǎn)生反射，并被天線接收，通過電子線路轉(zhuǎn)換后送到微處理機對信號進行處理。雷達波傳導的距離由發(fā)射波與反射波的頻率計算，由于雷達波以光速傳播，對于油罐這種相對高度不大的測量對象而言，要求分辨率*，所以測量反射時間幾乎不可能。解決辦法是改變發(fā)射波頻率，測量發(fā)射波與反射波的頻率差，計算出雷達波傳輸?shù)木嚯x，這就是RTG 系列雷達液位計所采用的調(diào)頻連續(xù)波（ FMCW） 技術(shù)。液位的測量頻率通常在10GHz 附近，測量精度<±1mm。
（2）實用中的問題
①重油儲存、進油溫度高對儀表的影響。由于雷達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t=500℃時，反射時間的變化為0.002%；t=2 000℃時，反射時間的變化遠小于0.003%，*適合對重油高溫介質(zhì)進行液位測量。
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，因此雷達液位計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空氣狀態(tài)下僅變化0.002 9%；但當操作壓力高到某一范圍時，壓力對測量帶來的誤差就不容忽視?，F(xiàn)在推出的雷達液位計產(chǎn)品，允許壓力為6.4MPa，重油儲罐屬常壓，因此*適用。
③揮發(fā)性、介電常數(shù)、液面狀態(tài)等介質(zhì)特性對測量的影響。易揮發(fā)性氣體和惰性氣體對雷達液面計的測量均沒有影響，因此重油罐內(nèi)的蒸汽對測量無影響，但液體介質(zhì)的相對介電常數(shù)、湍流狀態(tài)、泡沫等被測介質(zhì)特性，對微波信號的衰減應(yīng)引起足夠重視。當介質(zhì)的相對介電常數(shù)小到一定值時，雷達波的有效反射信號衰減過大，導致液位計無法正常工作，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)用于相對介電常數(shù)在1.2～1.9 之間的物料液位測量，重油介電常數(shù)在3.5 左右，基本不影響儀表測量結(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波衰減，加之*的軟件處理技術(shù)，可以保證測量結(jié)果的準確性。
3. 測量系統(tǒng)控制原理
見圖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)場通信單元（FCU），計算機也接入FCU，對所有FCU 上的液位儀表進行管理。

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（測總壓力）負壓接口，準確測出總的儲罐液體壓強（或壓差△p），乘以罐底面積獲得較高精度的儲液質(zhì)量，然后根據(jù)雷達表測得的液位高度計算出液體體積，再計算出液體密度。因此這一混合測量系統(tǒng)不僅能測得儲罐液位和油溫，還可以計算出質(zhì)量、體積和密度，以及這些參數(shù)的瞬時值和累計量，使用管理起來十分方便。
4. 儀表安裝調(diào)試
雷達表的安裝非常簡單，選擇方便觀察的位置，不要安裝在湍流劇烈的進油口上方，避開罐內(nèi)固定目標，如盤管等即可。調(diào)試過程中要選好天線角度，保證雷達波反射。
5. 管理軟件功能
隨儀表附帶的計算機管理軟件運行于微軟Windows 操作平臺，可對系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置，管理通信單元，計算質(zhì)量和流量，設(shè)置報警點等。軟件界面顯示空尺（雷達表實測值，單位m）、液位（參考點高度- 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
雷達液位計投用后，對393 罐進行了標定，數(shù)據(jù)見表1。
表1 393 罐雷達液位計標定數(shù)據(jù)表單位：mm
靜測值是指正常進油或發(fā)油后，每兩小時關(guān)閉閥門一次，此時若進油則將油品改進其它罐，若發(fā)油時則停止發(fā)油。在這種情況下測得的值稱靜測值。關(guān)閉閥門是為了消除兩種測量方式的時間差，這種方式給了液面一定的穩(wěn)定時間，測得數(shù)據(jù)誤差會小一些，可以作為計量過程?！　?/span>

 動測值是指進或發(fā)油過程中在同一時刻（人為保證，時間誤差盡量?。┧鶞y得的值。由于液面上升或下降沒有停止，這種方式誤差較大，可以作為過程監(jiān)控。
　　標定結(jié)果表明，雷達液位計的測試數(shù)據(jù)具有非常好的精度重復(fù)性，在儲罐停止作業(yè)的情況下和人工檢尺的精度比對在±4mm 以內(nèi)；動態(tài)情況下也不超過±17mm，雷達液位計可以測量儲罐內(nèi)的液位，能滿足重油儲罐過程監(jiān)控和液位計量的要求。
四、效益
1. 降低了勞動強度。由于儀表精度很高，*測量要求，將原來需要對動態(tài)罐每兩小時人工檢尺一次改為每班一次，大大降低了工人的勞動強度。
2. 降低了罐區(qū)操作風險。一是工人上罐次數(shù)減少，減少了人身安全事故；二是雷達液位計可以做到連續(xù)監(jiān)測液位，消除人工檢尺只能兩小時監(jiān)測一次液位的弊端，確保儲罐進油液位受控，基本杜絕了冒罐事故。
3. 減少了維修次數(shù)，降低了維修費用。采用雷達液位計以后，由于系非接觸測量，避免了因重油黏度大、雜質(zhì)多造成的對測量儀表的堵塞。另外系統(tǒng)抗腐蝕性強、易于清理、精度高、無可動部件、工作可靠、故障率低，可基本免于維修。據(jù)統(tǒng)計，相對于靜壓測量系統(tǒng)可節(jié)約維修費用達0.2 萬元/罐·年。
4. 軟件功能強大、實用，方便了操作人員。隨機附帶的計量管理系統(tǒng)不但可以在操作室電腦上即時顯示液位高度，還可以顯示重油的溫度、質(zhì)量、體積等參數(shù)的瞬時量和累計量，使用起來非常方便。
五、需要解決的問題
1. 重油進油時的湍動和泡沫對微波有散射和吸收作用，會造成微波信號衰減，影響液位儀正常工作。因此應(yīng)將進油溫度控制在100℃以下，防止罐底水沸騰引起液面大幅度湍動和大量起泡沫，做好儲罐脫水工作。

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