1. 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?jì)x表雷達液位計的選型、安裝、自動(dòng)控制和維護,以及電流漂移和信號干擾兩種常見(jiàn)故障的解決辦法。

                            關(guān)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(yè)成本核算過(guò)程中,都對石油液相產(chǎn)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(dòng)化程度較低,已不能滿(mǎn)足計量需要。而雷達液位計因其自動(dòng)化程度高、易于安裝、維護及可重復利用(分體式結構) 等優(yōu)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(jiàn)問(wèn)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(lèi)繁多,選型時(shí)首先要考慮被測介質(zhì)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(shí)要針對介質(zhì)在特定工況下的特性來(lái)選取適宜的天線(xiàn)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(chǎng)合,推薦采用導波纜天線(xiàn)雷達液位計; 對測量環(huán)境較復雜的罐體,如介質(zhì)易揮發(fā)、腐蝕及高壓和高溫等,推薦使用非接觸天線(xiàn)雷達液位計,由于液位計與介質(zhì)不接觸,就能避免由于介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)影響其計量精度或對雷達液位計本身的損傷。


                            依據介質(zhì)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(mǎn)足需求的前提下可選用性?xún)r(jià)比高的產(chǎn)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(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益,所以過(guò)硬的質(zhì)量和滿(mǎn)意的售后服務(wù)對用戶(hù)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。


                            選型時(shí)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(xié)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(wú)故障地測量介質(zhì)的液位,在儲罐上正確安裝雷達液位計也十分關(guān)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(xiàn)雷達液位計為例,說(shuō)明其機械安裝時(shí)的注意事項:

                            a.傾斜度。液位計中軸線(xiàn)對儲罐中心線(xiàn)的傾斜度不同,其發(fā)射波和反射波的行程也不同,測量精度也會(huì )受到影響。因此,安裝時(shí)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(guò)1.5°。

                            b.自由空間。拋物面型天線(xiàn)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(diǎn)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(huì )對雷達波產(chǎn)生干擾,影響測量效果。在安裝時(shí),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(guò) 0.5m,噴嘴的直徑越大其高度也會(huì )更高。此時(shí),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?xún)?,從而形成雷達波束的自由通道( 圖 1) ,滿(mǎn)足所要求的測量精度。

                            d.本體。雷達液位計本體的安裝較簡(jiǎn)單,主要是天線(xiàn)、表頭與噴嘴的連接( 圖 2) ,圖示位置天線(xiàn)已安裝在噴嘴里。安裝時(shí)要特別注意用水準儀確保天線(xiàn)和表頭與儲罐中心線(xiàn)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(xiàn)與信號線(xiàn)共用一對線(xiàn)即可; 如果無(wú)源,則必須單獨給雷達供電,否則將導致信號丟失和儀表?yè)p壞。其接線(xiàn)模式有非本安和本安兩種,非本安接線(xiàn)盒用于連接非本安電源、TRL/2 總線(xiàn)和繼電器; 本安接線(xiàn)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(xié)議不同接線(xiàn)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(xiàn)和信號接線(xiàn)兩部分:

                            a.電源接線(xiàn)。在石油工業(yè)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(xiàn)必須符合該區域的安全等級,電纜也必須符合相關(guān)供電電壓準則,并且要通過(guò)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(dòng)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(xiàn)連接至接線(xiàn)盒電源端的 L1 + 和 L2 - 即可。

                            b.信號線(xiàn)的連接。雷達液位計通過(guò) TRL/2 現場(chǎng)總線(xiàn)、現場(chǎng)通信單元 FCU 和現場(chǎng)總線(xiàn)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(xié)議 RS232 信號,每條 TRL/2 總線(xiàn)可以連接 8 個(gè)單元。當變送器與 TRL/2 總線(xiàn)連接至上位機后,用 Saab TankMaster WinSetup/ WinOpi 軟件對變送器進(jìn)行組態(tài)和初始化,并實(shí)時(shí)監控儲罐內介質(zhì)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(diǎn)和多點(diǎn)溫度傳感器、數據采集單元 DAU、遠傳顯示單元 RDU 40 及 Hart 協(xié)議手操器等擴展外圍設備的接線(xiàn),可參照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行設置和安裝。

                            2 雷達液位計的自動(dòng)控制

                            從安裝在罐頂的雷達液位計接線(xiàn)盒里把引出的電源線(xiàn)與數據線(xiàn)匯總到現場(chǎng)總線(xiàn)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(tài)和罐區參數的初始化設置[1],如果需要對現場(chǎng)信號線(xiàn)進(jìn)行本安隔離,必須先通過(guò)安全柵再連到 DCS 的 I/O 端子。這樣,就可以通過(guò) DCS 系統實(shí)時(shí)觀(guān)察罐區介質(zhì)液位的變化情況了,再輔以罐區進(jìn)/出口閥門(mén)的自動(dòng)控制,使介質(zhì)液位自動(dòng)維持在所需的位置,實(shí)現罐區液位的遠程自/手動(dòng)控制、即時(shí)掌握實(shí)時(shí)/歷史數據,并能從雷達液位計自帶的組態(tài)軟件中分析液位的曲線(xiàn)圖,查看生產(chǎn)和設備的歷史/實(shí)時(shí)運行情況,消除人為干預造成低精度計量的現象。


                            為延長(cháng)雷達液位計的使用壽命,保持長(cháng)時(shí)間的高精度測量,日常維護至關(guān)重要,而且必須由專(zhuān)業(yè)人員或在專(zhuān)業(yè)人員的指導下進(jìn)行。維護過(guò)程中一般應注意以下幾個(gè)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(guò)激電壓保護。雷達液位計本身支持這項功能,但安裝時(shí)要盡量避開(kāi)雷電經(jīng)?;顒?dòng)的區域,或者做好外部雷擊保護措施。

                            c.干擾信號。在短時(shí)間內液位出現強烈波動(dòng)時(shí)應及時(shí)查找原因,排查故障。天線(xiàn)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(zhì)是瀝青或揮發(fā)性較強的介質(zhì)時(shí),要定期對天線(xiàn)進(jìn)行清洗。

                            d.接線(xiàn)端口?,F場(chǎng)接線(xiàn)端子一定要進(jìn)行密封隔離,以免液體侵入造成電源短路、接線(xiàn)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(diǎn)有很多,在處理時(shí)通過(guò)逐步細化功能段,借助測量?jì)x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(jìn)行單獨通信,如果正常,說(shuō)明是 DCS 出現問(wèn)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(jìn)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(jìn)行替代,逐步排除,找到故障點(diǎn)。有時(shí)也可能是幾個(gè)故障點(diǎn)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(gè)典型的實(shí)例來(lái)闡述故障處理的一般方法。


                            5 結束語(yǔ)

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


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                                 ☆ 設備安裝調試完畢,驗收合格后,由供方技術(shù)人員對用戶(hù)設備操作及維護人員進(jìn)行一周以上的技術(shù)培訓及使用維修保養培訓。