智能雷达液位计在重油罐液位计量上的应用案例分析

　　 石油加工过程中会产生多种产品，重油就是其中一种，它是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，比重一般在0.82～0.95，其成分主要是碳氢化合物，另外含有部分的（约0．1～4％）的硫黄及微量的无机化合物。 其加工的方法目前主要是通过催化裂化等手段，将它转化为分子量小的油，再重新利用。一般用于地转速大马力的大型柴油机组，比如说，大型远洋轮船上的，船舶柴油机。其有密度大、黏度大、杂质多、储存输转温度高（高110℃）、油品含水及蒸汽量大、进油过程中易起泡沫等特点，给储罐液位计量仪表的选用带来很大困难。对于重油的液位测量一直是一个比较头疼的难题，多年来一直未得到有效解决，一直采用人工检尺的传统方法控制储罐液位。工人每天要沿15～23m高的盘梯上下多次，忍受油品高温烘烤，劳动强度大且不安全。另外，由于人工监测的不连续性，无法防范冒罐事故。因此，选用一种实用的液位计量仪表刻不容缓。


       本文通过对多年选用重油储罐液位计量仪表失败的分析，提出使用雷达液位计应用于重油储罐液位计量，很好地解决了问题，保证了储罐的安全，取得了较好的社会效益。

　　一、液位仪表失效原因分析
　　1. 浮子式液位仪、码盘表、光导液位仪。这些仪表的机械部分主部件都包括浮球、钢丝或钢带等。这种机械传动受重油黏度影响大、浮子无法随液面实时升降；其次由于重油杂质多，储罐底为沉积油泥，浮子到达罐底附近时极可能沉入油泥中而不能上浮；第三，冬季气候寒冷，罐内蒸汽量大，排出后形成的冷凝水使罐顶机械传动部分冻凝不能计量。
　　2. 静压式液位仪表。此类代表的差压变送器是主要部件，引压元件毛细管常因为重油黏度大、杂质多而堵塞失灵。3. 国产雷达液位计使用失败主要原因是技术不过关。重油介电常数太低，进油时泡沫多造成雷达波衰减过大，向天线的反射量太小而测量不准。

　　二、新型雷达液位计选用
　　1. 新仪表选型储油罐液位仪表的选用主要考虑以下因素。
　　（1）油罐大小。对于1 万m3 的大中型油罐，应选择科技含量较高的仪表；
　　（2）使用目的。对于直接售油或进油的油罐，要选用精度较高的液位计计量级而不是过程监控级的仪表；
　　（3）储存介质特性。因介质黏度大、杂质多应选用非接触式仪表；
　　（4）操作维护性。应尽量选用易操作、易维护、易安装、维护费用低的仪表；
　　（5）数据传输性能。要求仪表数据能远传，接口要标准化。
　　　2.雷达液位计工作原理
　　（1）测量原理雷达液位计是一种俯视式时间行程测量系统，用于测量从参考点（罐顶处）到介质液位表面的间距。一般雷达液位计的测量是通过天线发出微波，在被测介质液面产生反射，并被天线接收，通过电子线路转换后送到微处理机对信号进行处理。雷达波传导的距离由发射波与反射波的频率计算，由于雷达波以光速传播，对于油罐这种相对高度不大的测量对象而言，要求分辨率极高，所以测量反射时间几乎不可能。解决办法是改变发射波频率，测量发射波与反射波的频率差，计算出雷达波传输的距离，这就是RTG 系列雷达液位计所采用的调频连续波（ FMCW） 技术。液位的测量频率通常在10GHz 附近，测量精度<±1mm。
　　（2）实用中的问题
　　①重油储存、进油温度高对仪表的影响。由于雷达波传播不需要空气介质，因此其传播速率几乎不受温度变化的影响。当t=500℃时，反射时间的变化为0.002%；t=2 000℃时，反射时间的变化远小于0.003%，完全适合对重油高温介质进行液位测量。
　　②重油罐内操作压力的影响。微波传播几乎不受空气密度变化的影响，因此雷达液位计能在真空或受压状态下正常工作，真空状态下微波传播速率相对空气状态下仅变化0.002 9%；但当操作压力高到某一范围时，压力对测量带来的误差就不容忽视。现在推出的雷达液位计产品，高允许压力为6.4MPa，重油储罐属常压，因此完全适用。
　　③挥发性、介电常数、液面状态等介质特性对测量的影响。易挥发性气体和惰性气体对雷达液面计的测量均没有影响，因此重油罐内的蒸汽对测量无影响，但液体介质的相对介电常数、湍流状态、泡沫等被测介质特性，对微波信号的衰减应引起足够重视。当介质的相对介电常数小到一定值时，雷达波的有效反射信号衰减过大，导致液位计无法正常工作，因此介电常数必须大于产品所要求的小值。随着SAAB 产品应用经验的丰富和软件处理技术的不断完善，RTG 系列的有些产品几乎不受相对介电常数的影响，如RTG 型产品已非常成功地应用于相对介电常数在1.2～1.9 之间的物料液位测量，重油介电常数在3.5 左右，基本不影响仪表测量结果。另外，RTG 系列仪表微波发射角仅9°，较一般仪表小，也可有效防止油品液面泡沫的散射作用，可以大限度降低雷达波衰减，加之特有的软件处理技术，可以保证测量结果的准确性。
　　3. 测量系统控制原理
　　见图1，安装在罐底的压力变送器和罐顶的6铂电阻温度、压力变送器的信号汇入罐顶一次表，再汇入罐底二次表。二次表是显示单元，可显示液位、温度、压力等数据， 接入现场通信单元（FCU），计算机也接入FCU，对所有FCU 上的液位仪表进行管理。

　　高精度智能静压压力变送器将罐顶气相压力引至罐底压力变送器（测总压力）负压接口，准确测出总的储罐液体压强（或压差△p），乘以罐底面积获得较高精度的储液质量，然后根据雷达表测得的液位高度计算出液体体积，再计算出液体密度。因此这一混合测量系统不仅能测得储罐液位和油温，还可以计算出质量、体积和密度，以及这些参数的瞬时值和累计量，使用管理起来十分方便。
　　4. 仪表安装调试
　　雷达表的安装非常简单，选择方便观察的位置，不要安装在湍流剧烈的进油口上方，避开罐内固定目标，如盘管等即可。调试过程中要选好天线角度，保证雷达波反射。
　　5. 管理软件功能
　　随仪表附带的计算机管理软件运行于微软Windows 操作平台，可对系统进行参数设置，管理通信单元，计算质量和流量，设置报警点等。软件界面显示空尺（雷达表实测值，单位m）、液位（参考点高度- 空尺，单位m）、液面上升速率（m/h），罐内油品平均温度（℃）、密度（t/m3）、流量等。

　　三、使用效果分析
　　雷达液位计投用后，对393 罐进行了标定，数据见表1。
　　表1 393 罐雷达液位计标定数据表单位：mm
　　静测值是指正常进油或发油后，每两小时关闭阀门一次，此时若进油则将油品改进其它罐，若发油时则停止发油。在这种情况下测得的值称静测值。关闭阀门是为了消除两种测量方式的时间差，这种方式给了液面一定的稳定时间，测得数据误差会小一些，可以作为计量过程。　　
        动测值是指进或发油过程中在同一时刻（人为保证，时间误差尽量小）所测得的值。由于液面上升或下降没有停止，这种方式误差较大，可以作为过程监控。
　　标定结果表明，雷达液位计的测试数据具有非常好的精度重复性，在储罐停止作业的情况下和人工检尺的精度比对在±4mm 以内；动态情况下也不超过±17mm，雷达液位计可以精确测量储罐内的液位，能满足重油储罐过程监控和液位计量的要求。

　　四、效益
　　1. 降低了劳动强度。由于仪表精度很高，完全满足测量要求，将原来需要对动态罐每两小时人工检尺一次改为每班一次，大大降低了工人的劳动强度。
　　2. 降低了罐区操作风险。一是工人上罐次数减少，减少了人身安全事故；二是雷达液位计可以做到连续监测液位，消除人工检尺只能两小时监测一次液位的弊端，确保储罐进油液位受控，基本杜绝了冒罐事故。
　　3. 减少了维修次数，降低了维修费用。采用雷达液位计以后，由于系非接触测量，避免了因重油黏度大、杂质多造成的对测量仪表的堵塞。另外系统抗腐蚀性强、易于清理、精度高、无可动部件、工作可靠、故障率低，可基本免于维修。据统计，相对于静压测量系统可节约维修费用达0.2 万元/罐·年。
　　4. 软件功能强大、实用，方便了操作人员。随机附带的计量管理系统不但可以在操作室电脑上即时显示液位高度，还可以显示重油的温度、质量、体积等参数的瞬时量和累计量，使用起来非常方便。
　　五、需要解决的问题
　　1. 重油进油时的湍动和泡沫对微波有散射和吸收作用，会造成微波信号衰减，影响液位仪正常工作。因此应将进油温度控制在100℃以下，防止罐底水沸腾引起液面大幅度湍动和大量起泡沫，做好储罐脱水工作。(本文摘自网络，如对您的权益产生影响，请及时与小编取得联系，我们会及时处理)　

上一条：关于如何正确分析工业自动化仪表的故障处理方式的概述
下一条：对于如何缩短流量计安装时间的研究分析