智能雷達液位計在重油罐液位計量上的應用案例分析

　　 石油加工過程中會產生多種產品，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，將它轉化為分子量小的油，再重新利用。一般用于地轉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、雜質多、儲存輸轉溫度高（高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，由于人工監測的不連續性，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浮；第三，冬季氣候寒冷，罐內蒸汽量大，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、雜質多而堵塞失靈。3. 國產雷達液位計使用失敗主要原因是技術不過關。重油介電常數太低，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控級的儀表；
　　（3）儲存介質特性。因介質黏度大、雜質多應選用非接觸式儀表；
　　（4）操作維護性。應盡量選用易操作、易維護、易安裝、維護費用低的儀表；
　　（5）數據傳輸性能。要求儀表數據能遠傳，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，用于測量從參考點（罐頂處）到介質液位表面的間距。一般雷達液位計的測量是通過天線發出微波，在被測介質液面產生反射，并被天線接收，通過電子線路轉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，要求分辨率極高，所以測量反射時間幾乎不可能。解決辦法是改變發射波頻率，測量發射波與反射波的頻率差，計算出雷達波傳輸的距離，這就是RTG 系列雷達液位計所采用的調頻連續波（ FMCW） 技術。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，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%，完全適合對重油高溫介質進行液位測量。
　　②重油罐內操作壓力的影響。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下正常工作，真空狀態下微波傳播速率相對空氣狀態下僅變化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。現在推出的雷達液位計產品，高允許壓力為6.4MPa，重油儲罐屬常壓，因此完全適用。
　　③揮發性、介電常數、液面狀態等介質特性對測量的影響。易揮發性氣體和惰性氣體對雷達液面計的測量均沒有影響，因此重油罐內的蒸汽對測量無影響，但液體介質的相對介電常數、湍流狀態、泡沫等被測介質特性，對微波信號的衰減應引起足夠重視。當介質的相對介電常數小到一定值時，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，因此介電常數必須大于產品所要求的小值。隨著SAAB 產品應用經驗的豐富和軟件處理技術的不斷完善，RTG 系列的有些產品幾乎不受相對介電常數的影響，如RTG 型產品已非常成功地應用于相對介電常數在1.2～1.9 之間的物料液位測量，重油介電常數在3.5 左右，基本不影響儀表測量結果。另外，RTG 系列儀表微波發射角僅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，加之特有的軟件處理技術，可以保證測量結果的準確性。
　　3. 測量系統控制原理
　　見圖1，安裝在罐底的壓力變送器和罐頂的6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、壓力等數據， 接入現場通信單元（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量，然后根據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不僅能測得儲罐液位和油溫，還可以計算出質量、體積和密度，以及這些參數的瞬時值和累計量，使用管理起來十分方便。
　　4. 儀表安裝調試
　　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，避開罐內固定目標，如盤管等即可。調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，可對系統進行參數設置，管理通信單元，計算質量和流量，設置報警點等。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，數據見表1。
　　表1 393 罐雷達液位計標定數據表單位：mm
　　靜測值是指正常進油或發油后，每兩小時關閉閥門一次，此時若進油則將油品改進其它罐，若發油時則停止發油。在這種情況下測得的值稱靜測值。關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定時間，測得數據誤差會小一些，可以作為計量過程。　　
        動測值是指進或發油過程中在同一時刻（人為保證，時間誤差盡量小）所測得的值。由于液面上升或下降沒有停止，這種方式誤差較大，可以作為過程監控。
　　標定結果表明，雷達液位計的測試數據具有非常好的精度重復性，在儲罐停止作業的情況下和人工檢尺的精度比對在±4mm 以內；動態情況下也不超過±17mm，雷達液位計可以精確測量儲罐內的液位，能滿足重油儲罐過程監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，完全滿足測量要求，將原來需要對動態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. 降低了罐區操作風險。一是工人上罐次數減少，減少了人身安全事故；二是雷達液位計可以做到連續監測液位，消除人工檢尺只能兩小時監測一次液位的弊端，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，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、雜質多造成的對測量儀表的堵塞。另外系統抗腐蝕性強、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。據統計，相對于靜壓測量系統可節約維修費用達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、質量、體積等參數的瞬時量和累計量，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。(本文摘自網絡，如對您的權益產生影響，請及時與小編取得聯系，我們會及時處理)　

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