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雷达液位计在油品罐区计量中的设想操纵

来源: 中海油石油工程建设无穷我司 做者:陈丽君 即日起起止日期:2019-04-28

         摘 要:经由进程对雷达液位计在油品罐区中的操纵停止深切研讨,阐发了雷达液位计的使命道理、天线型式和机能特色,指出了介电常数对雷达液位计丈量的影响,先容了雷达液位计??的设想要点和选型准绳,并对其现场总线传输体例停止了具体的论述,很是后连系工程设想实例总结了雷达液位计标准公道的选型计划,必定了其在罐区计量中的首要感化。

        油品罐区是火油化工企业中首要的储运举措措施,切确地计量油品罐区的库存对石化企业的出产、发卖有着很是首要的指点感化,作为油品罐区计量中的关头仪表,罐区液位计的切确度、宁静性及不变性间接影响着石化企业的宁静出产和经济效益。早在20世纪80年月中期,源自军事产业的雷达丈量手艺被操纵于产业主动化丈量范畴,使得古代罐区计量手艺有了一个底子性的奔腾,处置了油品罐区丈量体系在局部工况持久以来没法切确计量的困难,雷达物位计以其优胜的机能成为罐区液位丈量仪表的首要挑选。连系工程设想名目实例,从道理、特色、选型等多个方面临雷达液位计在油品罐区计量方面的操纵停止了详尽的研讨与总结,为此后加倍公道地操纵雷达液位计停止液位丈量供给参考。
1 雷达液位计的使命道理
        导波雷达液位计接纳高频振荡器作为雷达波发生器,发生器发生的雷达波经由进程导波管引到雷达天线,而后向外传布。当雷达波达到检测液面时,有一局部被领受,另外一局部被反射回雷达天线领受,经由进程成立发射波与反射波的函数干系来完成液位丈量 [1] 。基于两种差别的丈量道理,雷达液位计首要分为时域脉冲雷达液位计和调频持续波(FMCW)雷达液位计两类。
 
时域脉冲雷达液位计基于雷达波的时域反射性(TDR)道理,经由进程丈量单脉冲电磁波的传输时候停止液位丈量 [2] ,其精度首要依托于对时候的切确丈量。因为雷达波旌旗灯号以光速传布,而丈量储罐液位时雷达波在储罐内的传布间隔较短,以是较难保障切确地丈量。
 
调频持续波雷达液位计操纵同步调频脉冲手艺,微波发射和领受器装置在罐顶,向液体外表发射频次颠末线性调制了的微波旌旗灯号。当微波旌旗灯号向下传布到液体外表后被反射回领受器时,因为时候提早,发射旌旗灯号的频次已发生了转变,经由进程获得反射波与发射波的频次差,推算出雷达波经由进程的间隔 [3] 。
 
    一样是操纵雷达波的传布特征停止液位丈量,时域脉冲雷达液位计基于时候丈量,而时候是一种持续的摹拟量,在物理学上界说它只能被无穷类似切割,以是时域脉冲法是一种摹拟手艺,它只能供给较低的丈量精度,其上风在于制作本钱绝对较低;调频持续波雷达液位计基于频次丈量,而频次是一种完整的数字量,能够或许或许被切确切割和怀抱,以是调频持续波法是一种数字化手艺,能供给杰出的丈量精度和不变的输入旌旗灯号。
 
2 雷达液位计的选型
2.1 雷达液位计天线型式
    天线是雷达液位计丈量液位的首要部件,雷达液位计选型首要在于挑选适合的天线型式。经常操纵的非打仗式雷达液位计天线型式首要有以下3种:喇叭口天线、抛物面天线战争面天线,形状布局如图1所示。
3种天线型式的雷达液位计外表图
    喇叭口天线接纳点源发射体例,雷达波为发散的球面波,首要用于不须要设置导波管的拱顶罐的液位丈量。因为全部喇叭口天线处于储罐中,并且有几近与罐情况不异的温度,以是能够或许避免在天线内发生冷凝。
    抛物面天线一样接纳点源发射体例,雷达波为发散的球面波,许可近罐壁装置。通经常操纵于拱顶罐,介质首要为蜡油、渣油、沥青等黏稠及易冷凝的低温油品,储罐底部都设有加热蒸汽盘管。因为罐内低温(200℃摆布)发生蒸汽使得在雷达天线部位极易组成固结水和呈现挂料景象,影响雷达液位计的切确丈量,而抛物面天线雷达液位计的滴水型设想有用地避免了冷凝和挂料景象的呈现。并且,抛物面天线波束窄,使雷达波能量更集合,聚焦性好,能够或许或许保障较高的丈量精度 [4] 。
 
    立体天线手艺(又叫阵列天线手艺)接纳多源发射体例,与单点发射源比拟,因为其丈量基于一个立体,而不是一个肯定的点,是以发射出的雷达波为立体螺旋波。首要用于装置有导波管的内(外)浮顶罐的液位丈量。立体天线发射的雷达波具备波束窄、能量集合的特色,以是与导波管管壁打仗局部能量很小,受导波管内壁粗拙水平的影响也很小,对油品挂壁对丈量的影响小。
 
2.2 介电常数对雷达物位计选型的影响
    雷达波达到液位外表被反射时,雷达波会被领受而发生衰减,当衰减过量时,雷达液位计领受不到充足的旌旗灯号,致使丈量不切确,这便是被测介质的介电常数对雷达液位计的丈量所发生的影响 [5] 。
    各类油品介质的介电常数如表1所示。为了降服介电常数的影响,进步反射波能量,对操纵内(外)浮顶罐的介质,对汽油、火油等绝对介电常数较小的介质必须操纵导波管。而对液化气球罐的液位丈量,一方面液化气的介电常数较低,对雷达波的反射才能很弱;另外一方面液化气气相组分会领受局部雷达波形成旌旗灯号衰减严峻,影响雷达液位计的切确丈量。是以,凡是选用另外一种丈量精度较高的打仗式仪表——伺服液位计,此处不作胪陈。
各类油品介电常数列表
3 雷达物位计的现场总线传输体例
3.1 现场总线传输体例
    雷达液位计供给叠加了HART的4mA~20mA输入旌旗灯号,同时也供给数字式现场总线传输体例。在油品罐区计量体系中,罐区计量旌旗灯号经由进程雷达液位计的现场总线传输到节制体系。现场总线能够或许或许同时传输多个进程参数,大大地简化了毗连线路,下降了本钱。并且在传输进程的同时,仪表的标识符和简略的诊断信息也可一并传递。现场总线是双向的,是以能够或许或许在节制室对现场智能仪表停止标定、调剂及运转诊断,乃至能够或许或许在毛病发生前停止展望。
3.2 单个油品储罐计量体系的组成
    基于雷达液位计的数字旌旗灯号处置功效及数字式现场总线传输的特色,雷达液位计在油品罐区计量中首要阐扬了两个感化:一是丈量储罐内介质的液位,二是领受被测介质的温度、密度、压力等远传旌旗灯号,操纵现场总线与节制体系停止通讯,将一切旌旗灯号一路传输到节制室,完成对油品储罐的计量。单个油品储罐计量体系组成如图2所示。
单个油品储罐计量体系布局图
3.3 油品罐区雷达料位计的通讯体系
    某品牌雷达料位计的通讯体系布局如图3所示。现场通讯单位(FCU)作为一个网关或数据搜集器,在上位机和现场仪表之间起毗连感化,罐区中各储罐的雷达料位计依托TRL/2现场总线与FCU停止数据传输,FCU和上位机之间经由进程RS-485总线停止通讯,完成将罐区仪表旌旗灯号传输到上位机的使命 [5] 。
某雷达液位计通讯体系图
罐区液位计选型列表
4 工程操纵实例
4.1 液位仪表选型
    某名目共有4个油品罐区,别离为原油罐区、汽油罐区、油浆及碱渣罐区和液态烃罐区。按照各罐区介质的特征及储罐范例,装备适合的液位丈量仪表,如表2所示。此中,T——温度;L——液位;ρ——密度;P——压力。
    按照雷达液位计的选型准绳,对易发生挥发性气体,操纵浮顶罐贮存的汽油和原油(汽油为内浮顶罐、原油为外浮顶罐),选用立体天线雷达液位计,装置导波管。能够或许有用地降服介质因为介电常数小而对雷达波反射才能绝对弱的错误谬误,确保丈量切确。
    油浆、碱渣等介质因为比拟黏稠且易冷凝,凡是贮存在带有加热蒸汽盘管的拱顶罐中。是以,选用不受加热蒸汽影响又聚焦性好的抛物面天线雷达液位计。
    液态烃罐区选用伺服液位计。
 
4.2 雷达液位计通讯体系
    操纵雷达液位计基于现场总线停止数据传输的特色,为油品罐区构建起一个液位丈量体系。雷达液位计通讯体系组成如图4所示。接纳雷达液位计停止液位丈量的3个罐区经由进程3条现场总线与装置在节制室内的雷达通讯单位通讯,再由雷达通讯单位经由进程RS-485总线与节制体系停止通讯,传输各储罐液位的同时,还将温度、压力、密度等检测旌旗灯号经由进程雷达液位计切确无误地传输到节制体系中停止集合监测,完成了全部油品罐区的计量。
油品罐区雷达液位计通讯体系图
    雷达液位计现场总线传输体例在工程实行中首要具备以下长处:
    1)接纳现场总线收集,处置了散布式油品储罐的集合检测题目,便于停止收集化办理,使体系加倍合用、不变和靠得住。
    2)数字传输体例,能够或许同时传输多个进程变量,极大地简化了旌旗灯号毗连线路,节流了大批的电缆、掩护套管、槽盒、桥架和穿线盒等响应辅材,极大地下降了本钱。
    3)接线简略,若是须要增添现场仪表,只要就近并行挂接到原本的收集上,无需铺设至机柜室,既节流了电缆,下降了投资,也缩减了设想和装置的使命量。
    4)工程实行加倍便利,工程周期短,大大削减了使命量,下降了保护和装置用度。
 
5 竣事语
    作为一种智能化的液位丈量仪表,雷达料位计在罐区油品计量的操纵中已阐扬出了本身怪异的上风,非打仗式丈量、丈量规模大、精度高、装置简略等长处完整知足罐区油品计量对切确度、靠得住性和不变性的请求,数字式现场总线传输体例岂但能节流本钱,并且合适古代丈量手艺向着集成化、数字化、收集化标的目的成长的请求,雷达液位计将持续在罐区油品计量中阐扬首要感化。
 
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