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雷達液位計在石油儲罐液位計量中的應用
作者:常州鑫旺儀表有限公司 2023-07-03

摘 要: 介紹石油儲罐液位測量儀表雷達液位計的選型、安裝、自動控制和維護,以及電流漂移和信號干擾兩種常見故障的解決辦法。

關鍵詞:石油儲罐,液位計量,雷達液位計,故障處理


在石油貿易交接和企業成本核算過程中,都對石油液相產品計量的**性提出了嚴格要求。而傳統液位計的計量精度和自動化程度較低,已不能滿足計量需要。而雷達液位計因其自動化程度高、易于安裝、維護及可重復利用(分體式結構) 等優勢,被廣泛應用于儲罐中固體物位和液體液位( 如原油和瀝青) 的測量。筆者將詳細介紹雷達液位計在石油儲罐液位計量中的應用和常見問題的解決。


1 雷達液位計的應用

1.1選型

雷達液位計的種類繁多,選型時首先要考慮被測介質的溫度、壓力、密度、粘度及腐蝕性等特性對其使用性能的影響。因此,在選型時要針對介質在特定工況下的特性來選取適宜的天線和表頭。對于體積較小、形狀復雜的罐體或需測量多種液體分界面的應用場合,推薦采用導波纜天線雷達液位計; 對測量環境較復雜的罐體,如介質易揮發、腐蝕及高壓和高溫等,推薦使用非接觸天線雷達液位計,由于液位計與介質不接觸,就能避免由于介質的物理和化學性質影響其計量精度或對雷達液位計本身的損傷。


依據介質測量的目的選擇不同測量精度的雷達液位計。如果僅用于內部成本核算,精度要求不需要太高; 如果用于貿易交接,就必須選擇高精度的雷達液位計。為節約投資,在計量精度滿足需求的前提下可選用性價比高的產品。由于雷達液位計的精度、日常維護和使用壽命直接影響企業的生產效率和經濟效益,所以過硬的質量和滿意的售后服務對用戶來說至關重要。


選型時還需綜合考慮其測量范圍、頻率 (10GHz,20GHz,…)、雷達與測量罐體的連接方式(法蘭、G11/2 螺紋、12/1NPT)、防爆/防護等級、信號輸出協議( Modbus/Hart) 和傳輸方式(4~20mA電流還是0~5V電壓)這些因素。


1.2安裝

為達到高精度無故障地測量介質的液位,在儲罐上正確安裝雷達液位計也十分關鍵,液位計的安裝分為機械和電氣兩部分。

1.2.1機械安裝

筆者以ROSEMENT拋物面型天線雷達液位計為例,說明其機械安裝時的注意事項:

a.傾斜度。液位計中軸線對儲罐中心線的傾斜度不同,其發射波和反射波的行程也不同,測量精度也會受到影響。因此,安裝時必須使用法蘭球將液位計安裝在儲罐噴嘴上,再利用水準儀調整變送器的傾斜度,使其不超過1.5°。

b.自由空間。拋物面型天線液位計的雷達波束寬度為 10°,在波束范圍內從罐頂到測量零點之間的空間即為自由空間。如果自由空間范圍內有任何障礙,如結構加強筋及直徑大于 2″的管道等,定會對雷達波產生干擾,影響測量效果。在安裝時,要注意規避自由空間內的障礙物。

c.噴嘴。如果采用20″的噴嘴,噴嘴高度不得超過 0.5m,噴嘴的直徑越大其高度也會更高。此時,必須將拋物面反射器的邊緣與噴嘴底端的夾角控制在 5°以內,從而形成雷達波束的自由通道( 圖 1) ,滿足所要求的測量精度。

d.本體。雷達液位計本體的安裝較簡單,主要是天線、表頭與噴嘴的連接( 圖 2) ,圖示位置天線已安裝在噴嘴里。安裝時要特別注意用水準儀確保天線和表頭與儲罐中心線的傾角達到要求。


1.2.2電氣部分的安裝方法

首先確定雷達液位計配備的模擬輸出,如果有源,電源線與信號線共用一對線即可; 如果無源,則必須單獨給雷達供電,否則將導致信號丟失和儀表損壞。其接線模式有非本安和本安兩種,非本安接線盒用于連接非本安電源、TRL/2 總線和繼電器; 本安接線盒用于數據采集單元 DAU、顯示板 RDU40、模擬輸入和溫度傳感器的本安連接。還需注意,通信協議不同接線方式也不同,所以雷達液位計的電氣安裝較為復雜??傮w上可分為電源接線和信號接線兩部分:

a.電源接線。在石油工業中,雷達液位計主要用于測量油罐中油液的位置,因此它的使用和電氣接線必須符合該區域的安全等級,電纜也必須符合相關供電電壓準則,并且要通過適合于該危險區域的認證才可以使用。液位變送器內置有可自動調整的整流器卡件 TRC,以適應連接100 ~240VAC、34 ~70VAC 和48~ 99VDC電源電壓,在供電方式上比較靈活。因此,只要將供電電源線連接至接線盒電源端的 L1 + 和 L2 - 即可。

b.信號線的連接。雷達液位計通過 TRL/2 現場總線、現場通信單元 FCU 和現場總線調制解調器 FBM 連接至上位機。FBM 將 TRL/2 Modbus信號轉換成通用協議 RS232 信號,每條 TRL/2 總線可以連接 8 個單元。當變送器與 TRL/2 總線連接至上位機后,用 Saab TankMaster WinSetup/ WinOpi 軟件對變送器進行組態和初始化,并實時監控儲罐內介質的液位和體積及溫度等數據。


另外,還有繼電器、模擬輸入/輸出、單點和多點溫度傳感器、數據采集單元 DAU、遠傳顯示單元 RDU 40 及 Hart 協議手操器等擴展外圍設備的接線,可參照說明書進行設置和安裝。

2 雷達液位計的自動控制

從安裝在罐頂的雷達液位計接線盒里把引出的電源線與數據線匯總到現場總線電源梳理器和接口單元,再使用串行通信接口 RS485 /232 連接至工控機,并完成軟件組態和罐區參數的初始化設置[1],如果需要對現場信號線進行本安隔離,必須先通過安全柵再連到 DCS 的 I/O 端子。這樣,就可以通過 DCS 系統實時觀察罐區介質液位的變化情況了,再輔以罐區進/出口閥門的自動控制,使介質液位自動維持在所需的位置,實現罐區液位的遠程自/手動控制、即時掌握實時/歷史數據,并能從雷達液位計自帶的組態軟件中分析液位的曲線圖,查看生產和設備的歷史/實時運行情況,消除人為干預造成低精度計量的現象。


為延長雷達液位計的使用壽命,保持長時間的高精度測量,日常維護至關重要,而且必須由專業人員或在專業人員的指導下進行。維護過程中一般應注意以下幾個方面:

a.接地保護。為防止漏電對電器元件造成破壞和對正常信號傳輸的干擾,需將雷達表頭和控制室機柜信號接口處任一一端接地。

b.瞬間過激電壓保護。雷達液位計本身支持這項功能,但安裝時要盡量避開雷電經?;顒拥膮^域,或者做好外部雷擊保護措施。

c.干擾信號。在短時間內液位出現強烈波動時應及時查找原因,排查故障。天線下方有任何障礙物都有可能使信號變弱而造成測量偏差。因此,當被測介質是瀝青或揮發性較強的介質時,要定期對天線進行清洗。

d.接線端口?,F場接線端子一定要進行密封隔離,以免液體侵入造成電源短路、接線端子和電路板腐蝕。

4 故障現象及解決方法

雷達液位計的故障點有很多,在處理時通過逐步細化功能段,借助測量儀表工具用排除法解決。首先要初步判定故障是在雷達設備還是在 DCS 控制部分,具體方法是對雷達進行單獨通信,如果正常,說明是 DCS 出現問題。如果確定雷達設備故障,需判斷是硬件還是軟件故障,如果是軟件故障則要利用調試軟件進行查看; 硬件則需判斷是機械部分還是電氣部分,并分析判斷有可能出現故障的模塊,然后用正常模塊進行替代,逐步排除,找到故障點。有時也可能是幾個故障點共同引起的,就要用完全替換法找出故障所在。筆者列舉兩個典型的實例來闡述故障處理的一般方法。


5 結束語

雷達液位計的良好應用對石油液位的準確計量甚為關鍵,特別是雷達液位計、執行裝置與DCS/FCS 相結合的工業自動化控制系統的投運,大大提高了企業的生產效率。


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