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雷達液位計在球罐液位計量中的應用上海自儀公司對球罐液位測量中雷達液位計的應用進行探討,從雷達液位計的原理開始分析,然后對雷達天線型式球罐雷達液位計附件的安裝要求進行研究,接著介紹了雷達液位計的數(shù)據(jù)參數(shù)集中顯示到人機界面的系統(tǒng)構成。根據(jù)某項目球罐雷達液位計的工程應用進行了總結(jié),闡述了球罐液位計量中雷達液位計的重要作用。 引言 隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展,雷達液位計在可靠性、安全性及精度方面得到了石化企業(yè)的認可。為了實現(xiàn)三暢雷達液位計更好地應用于球罐的液位測量,本文圍繞球罐雷達液位計展開了具體研究。 1#雷達液位計的工作原理 雷達液位計能夠通過自身天線發(fā)射出雷達波信號,以光速運行在空間內(nèi),碰到物料表面時反射回雷達天線,通過微處理器將距離信號轉(zhuǎn)化為液位信號來實現(xiàn)液位測量。從雷達液位計按照測量方式來看,目前有兩種較為常見: (1)脈沖式。天線周期的發(fā)射雷達波脈沖; (2)調(diào)頻連續(xù)波式。天線發(fā)射出圍繞某固定頻率連續(xù)變化的雷達波信號。雷達波信號下探至介質(zhì)的液面并反射回雷達天線時,該雷達波信號會與這個時刻天線發(fā)出的信號混在一起。 當反射回來的雷達波信號發(fā)送至液體表面并沿導波管返回時,發(fā)射的信號已經(jīng)出現(xiàn)微小的變化。當發(fā)射出的雷達波信號與返回的雷達波信號混合時,變?yōu)橐环N新的低頻信號,并與介質(zhì)頁面高度成一定的比例。 從測量原理的不同可以看出,脈沖式精度隨著測量距離的增加精度逐漸降低。而調(diào)頻連續(xù)波式有著更高的測量度,同時易于去除干擾回波,多應用于計量要求較高的大型儲罐。 2#雷達液位計的天線型式 雷達液位計根據(jù)天線型式的劃分,有以下類型:椎型天線、拋物面天線、喇叭型天線、長喇叭型天線。 椎型天線采用多點發(fā)射雷達波的工作方式,所以它能夠發(fā)出一種叫做平面螺旋波的雷達波型,該型式天線的特點是波束窄,能量集中。在含有導波管的內(nèi)浮頂或外浮頂儲罐中的應用較多。天線上冷凝的液滴將由于重力作用流到椎體滴落,可有效減少對雷達波的干擾。 拋物面天線的雷達波,采用單點發(fā)射的工作方式,經(jīng)過拋物面的反射,形成發(fā)散的雷達波,該型式天線同樣具備波束窄,能量集中的特點。通常用于儲存粘稠和嚴重凝結(jié)物料的拱頂罐液位測量,也可用于介電常數(shù)較低的物料的液位測量,測量距離遠。為了防止冷凝掛料,拋物面天線采用了水滴型設計方式。喇叭型天線同樣采用單點發(fā)射雷達波的工作方式,經(jīng)過喇叭面的反射,形成發(fā)散的雷達波,通常用于測量不需要導管的拱頂罐的水平測量,測量距離比拋物面天線小。由于整個喇叭天線伸入罐里,與罐內(nèi)溫度無較大差異,所以在天線上基本不會有冷凝的現(xiàn)象出現(xiàn)。 長喇叭型天線也是采用單點發(fā)射雷達波的工作方式,經(jīng)過喇叭面的反射,形成發(fā)散的雷達波,專門用于球罐液位測量,同時須增加配套導波管才能使用。為了方便三暢雷達液位計的在線維護,增設了一體化球閥安裝在喇叭口的頂部[1]。 3#球罐雷達液位計的安裝 為了實現(xiàn)對球罐液位的高精度、無故障測量在球罐上的正確安裝為關鍵。 3.1#導波管的安裝 導波管宜選用不銹鋼材質(zhì),規(guī)格與雷達喇叭口尺寸要符合,一般有三種規(guī)格的導波管:ID=100mm;10.16cm.SCH10;10.16cm.SCH40。導波管垂直度須在±0.5°范圍內(nèi),法蘭水平度須在±1°范圍內(nèi)。導波管應開一定數(shù)量的平衡孔,孔徑應當為20mm。導波管上的所有開孔須沿著管道單側(cè)直線分布。導波管內(nèi)壁應保證光滑,不應有殘留的焊渣和未處理的毛刺。 3.2#參考針的安裝 參考針可在帶在線進行雷達液位計的測量精度校驗。它安裝在導波管一個與其他平衡孔成90°的開孔上。參考針應當位于法蘭下1000mm至2500mm的位置,法蘭以下1200mm處。在參考針與液體液位之間應至少有200mm的距離。參考針須與導波管法蘭上的螺栓孔對準,雷達液位計正確校準。 3.3#反射板的安裝 反射板可采用焊接、栓接、鉚接在導波管的下端。如配有參考環(huán),則集成為一體安裝,參考環(huán)用于當儲罐為空時在安裝階段對液位計進行校準。 4#雷達液位計的通訊系統(tǒng) 雷達液位計能夠提供支持HART協(xié)議的4~20mA的模擬量信號,也可以現(xiàn)場總線的方式傳輸。雷達液位計的通訊單元作為一個網(wǎng)關,基于OPC服務器模式,可將雷達液位計數(shù)據(jù)從通訊單元通訊到OPC服務器,再由客戶端進行信號傳輸[2]。 由于雷達液位計能夠支持現(xiàn)場總線傳輸協(xié)議,所有三暢雷達液位計的信息都可實現(xiàn)傳輸,所以可為大型罐區(qū)建立一套完整的液位系統(tǒng)。每臺雷達液位計采用總線傳輸?shù)姆绞脚c安裝在機柜間內(nèi)的通訊單元將數(shù)據(jù)上傳,再從通訊單元以RS-485總線的形式傳至操作系統(tǒng)進行通訊,通過上位機實現(xiàn)對液位、各點溫度、平均溫度、密度、壓力等信號的集中監(jiān)視。 5#工程應用舉例 某石化公司一期成品油項目球罐組一、二中,每個罐組6臺球罐,共計12臺球罐。采用雷達液位計作為計量。參照設計院提供的雷達液位計技術規(guī)格書,選擇了長喇叭型球罐專用雷達液位計(ROSEMOUNT)。為了測量液位,選用了測量精度為±2mm的雷達液位計;天線尺寸為Φ99mm,L=750mm;可同時輸出TRL/2總線信號和4~20mA/HART模擬信號,防爆等級ExiaIICT4(ATEX認證);配有罐旁儀表HUB2410,帶LCD顯示,防爆等級Exde[ib]IIBT4(ATEX認證)。共計12套雷達液位計通過總線形式從罐旁儀表傳輸至機柜間內(nèi)安裝的通訊單元HUB2460中,通訊至DCS系統(tǒng)上位機進行集中監(jiān)視。球罐組雷達液位計通訊系統(tǒng)組成如圖3所示[3]。 6#結(jié)語 上海自儀公司在整個石化行業(yè)大型儲罐的應用非常廣泛,特別是在球罐的計量應用中已經(jīng)發(fā)揮了精度高、穩(wěn)定性可靠性高、易于維護等優(yōu)點,隨著石化行業(yè)的發(fā)展,在球罐液位計量中,雷達液位計必將擁有重要的地位。 |