雷達液位計在化工罐區儲罐液位測量中的選型與安裝應用

 

         儲罐是石油化工企業重要的組成部分，是企業生產、儲存和運輸過程中基本且重要的環節。一般具有占地面積廣、儲存量大和布置密集的特點。儲罐儲存的物質通常有易燃易爆、易揮發和有毒等特性，一旦發生泄漏，揮發出的易燃易爆介質遇明火或高溫物體，就有可能引發火災或爆炸事故，故石油化工的罐區大多被劃為高危險區域［1，7］。

 

         作為石油化工儲罐實時變化的動態參數，液位連續精確測量是罐區zui重要的監控儀表，也是成品計量管理的重要參數。本文通過對罐區中常用的液位儀表測量方案進行對比分析，從工程設計的角度敘述雷達液位計在罐區儲罐液位測量中的設計選型和安裝方案。

 

1罐區液位測量現狀

         罐區的液位測量具有測量范圍寬，測量精度要求高等特點。目前，在罐區液位測量中，主要采用伺服液位計、磁致伸縮液位計、雷達液位計等方案。

 

1.1伺服液位計

         主要是基于浮力平衡的原理進行液位測量，由伺服電動機驅動體積較小的浮子，浮子隨著被測介質液位的變化而發生改變。當被測介質液位變化時，浮子浮力也會發生變化。浮子作用于測量線上的重力在外輪鼓的磁鐵上產生力矩，從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化導致內磁鐵上的電磁傳感器的輸出電壓信號發生變化。其電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅動伺服電動機轉動，調整浮子上下移動達到新平衡點。伺服液位計是一種多參數測量儀表，既可以測量液位也可以測量界面、溫度、壓力和密度等參數。伺服液位計采用磁耦合傳動，機械部分與介質相隔離，適用于潔凈介質、輕質油品和非腐蝕性輕質烴類液體等儲罐的液位精確測量，不適用于粘度高的液體［2］。

 

1.2磁致伸縮液位計

         主要是利用磁致伸縮的物理特性進行測量，采用沿著導桿滑動的浮子隨介質液位的變化而變化進行液位測量。它適用于干凈的非結晶介

質，不適用粘稠液體的液位測量［3］。

 

1.3雷達液位計

         主要是利用雷達波的測量原理，工作方式是向目標介質發射一個電磁波，電磁波接觸到目標介質后反射，由安裝在發射源的接收器接收反射波。雷達波從發射到接收的時間與其到液面的距離成正比，其關系式如下:

         式中，H為雷達波到液面的距離，m;c為光速，m/s;t為雷達波運行時間，s。

 

         雷達液位測量包括非接觸式和接觸式液位測量。非接觸式雷達液位計(以下簡稱雷達液位計)的結構簡單，安裝方便，在使用過程中一般不會受到外界的影響。接觸式雷達液位計(導波雷達)一般采用金屬導體來傳導微波，它的發射波會沿著導體向下傳播。信號能量損失小。測量不受安裝空間、粉塵和泡沫的影響。尤其適用于安裝測量空間小、罐內帶攪拌、介質波動大的場合。非接觸式和接觸式雷達液位計選型時均需考慮介質的腐蝕性和粘附性，腐蝕性和粘附性對液位計的影響相比之下非接觸式雷達液位計較小，導波雷達導液位計的波桿(纜)過長時會增加安裝和維護的難度，雷達液位計的安裝和維護較方便。導波雷達導波桿(纜)根據工況固定不變，故一般不能互換使用，而雷達液位計不受此影響，可互換性強?？紤]到導波桿(纜)的受力情況以及導波雷達運輸、安裝和維護，導波雷達的測量范圍一般不會很大，而雷達液位計不受此影響，測量范圍較大。

 

         隨著技術的進步和不斷改進，雷達液位計日漸經濟合理。因其不受溫度、壓力、密度等因素的影響，可互換性強，測量范圍大等特點，近年來雷達液位計被應用在越來越多的石油化工項目中。罐區常用儀表選型和適用條件見表1。

2雷達液位計的選型與安裝

2.1雷達液位計的選型

         雷達液位計適用于重質油品、輕質油品、烴類液體以及惡劣工況的儲罐液位連續測量。雷達液位計的選用和工藝工況有很大關系，選型時需綜合考慮介質腐蝕性，粘稠性，結晶特性，冷凝特性，揮發特性，量程要求以及精度要求等。按照頻率的不同，雷達液位計可分為低頻雷達和高頻雷達。低頻雷達波束寬，穿透能力強，較適用于存在障礙物、湍流、冷凝、蒸汽、灰塵、污染物和泡沫的場合;高頻雷達頻率高，波長短，發射的信號強，測量精度高，較適合污濁、有涂層、結晶和腐蝕性場合。

 

         雷達液位計的選型關鍵是天線的選擇。天線的形式和材質決定了雷達液位計的安裝、聚焦、靈敏度以及使用壽命等。根據工藝工況的要求，綜合考慮測量精度、測量范圍、儲罐類型和介質特性等，選擇合適的雷達天線［4］。通常雷達天線形式有以下幾種:

 

         (1)桿狀天線:桿狀天線主要適用于腐蝕性介質、冷凝、掛料的工況，固定頂罐、臥罐雷達液位計波束角范圍內無障礙的液位測量，適用于小測量范圍的應用場合。安裝管口尺寸較小，不受掛料和冷凝的影響，常見材質為316L、PTFE。

         (2)喇叭天線:喇叭天線適用于大部分場合，安裝在罐頂或安裝導波管上，聚焦特性好，適用除瀝青、液態硫磺等惡劣工況外的大部分工況的應用場合，測量范圍大。常見材質為316L、PTFE、哈氏合金、鉭。

         (3)拋物面天線:拋物面天線既適用于液體，也適用于固料、粉塵以及漿液形介質的測量。因它聚焦特性zui好，有較小的雷達波束，天線尺寸大，穩定性好?？捎糜诰雀?、較長范圍的測量。拋物面天線是對污染zui不敏感的天線類型，可用于瀝青與液態硫磺等惡劣的工況［5，6］。常見材質為316L、PTFE。若罐區液位儀表用于貿易計量或工藝有特殊要求選用計量級雷達時，需考慮高精度、高穩定性的計量級雷達液位計，計量級雷達液位計天線一般有以下四種:

(1)拋物面天線:非常適合安裝于固定頂儲罐，適用于粘稠和嚴重凝結的產品。通常無需使儲罐停止運行即可進行安裝。

(2)喇叭天線:易于安裝在固定頂儲罐上?？蓽y量除瀝青或類似產品除外的各種石油產品和化工品。通常無需使儲罐停止運行即可進行安裝。

(3)導波管陣列天線:安裝在導波管內，適用于外浮頂的原油儲罐和內浮頂的汽油/成品油儲罐。通常無需使儲罐停止運行即可進行安裝。

(4)LPG/LNG天線:用于測量加壓或低溫液化氣的液位。安裝時需使儲罐停止運行。

 

2.2雷達液位計的安裝

         雷達液位計的正確安裝是保證液位高精度無故障測量的關鍵因素，雷達液位計安裝時需注意:

         (1)波束角范圍內不能有障礙物:雷達液位計主要是采用發射－反射－接收的工作方式，為了精確的測量液位，應避免在發射角范圍內有造成反射的裝置，即在發射角范圍內不能有障礙物。

         (2)遠離進出物料口和罐中心:安裝于進料口上方的雷達液位計會接收到較多的虛假反射回波，且進出物料口處的液位有波動不穩定，影響雷達液位計的準確測量。為避免虛假回波的影響，傳感器不能安裝在罐中心也不能離罐壁很近，一般傳感器管口至罐壁的距離約為罐直徑的1/6。

         (3)應避開強渦流的場合:當工藝工況有較強的攪拌或較大的化學反應時，通常采用旁通管或導波管的安裝方式，這樣測量的雷達波能夠準確的反映出真實的液位。采用旁通管或導波管的安裝方式時，導波管或旁通管要求內表面平滑無毛刺，并開對稱的小孔，保證雷達回波準確不產生干擾。

 

2.3雷達液位計配套儀表

         罐區的雷達液位計安裝于儲罐頂部，為方便現場操作人員巡檢，一般在地面配就地罐旁指示儀，作為液位測量的現場監視儀表。罐旁指示儀作為罐區液位測量系統的組成部分，采集與之相連的罐區儀表的測量值，并對罐區的各種測量數據進行計算和補償后，通過現場總線的方式與罐區管理系統連接。

 

3實際應用

         某甲醇項目中有甲醇中間罐區和甲醇成品罐區兩個工段。涉及到的儲罐液位儀表的選型見表2(在常溫、常壓下，液位儀表形式均為雷達液位計(5400))。

         現場甲醇成品罐區上甲醇儲罐的計量級雷達液位計(5900S)見圖1(尚未接線)。該雷達液位儀表自使用已超過一年，儀表運行良好，安全環保，幾乎零維護，收到了很好的效果。

4結語

         罐區作為石油化工裝置中重要的危險源，為提高罐區安全保障要求，各級監管部門對儲罐的液位測量和高低位超限安全聯鎖保護提出了嚴格要求。罐區液位儀表的高精度精確測量直接影響著罐區的安全保護系統。選擇合適的罐區液位計是提高系統的安全性和穩定性的重要因素。雷達液位計具有適用范圍廣，測量精度高，不接觸工藝介質，安裝維護方便等優點，尤其適用于石油化工罐區的液位連續精確測量。隨著技術的進步，雷達液位計必將在石油化工領域得到越來越多的應用。

 

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