雷達液位計在球罐液位計量中的應用

上海自?xún)x公司對球罐液位測量中雷達液位計的應用進(jìn)行探討，從雷達液位計的原理開(kāi)始分析，然后對雷達天線(xiàn)型式球罐雷達液位計附件的安裝要求進(jìn)行研究，接著(zhù)介紹了雷達液位計的數據參數集中顯示到人機界面的系統構成。根據某項目球罐雷達液位計的工程應用進(jìn)行了總結，闡述了球罐液位計量中雷達液位計的重要作用。

引言

隨著(zhù)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(shí)現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(kāi)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(guò)自身天線(xiàn)發(fā)射出雷達波信號，以光速運行在空間內，碰到物料表面時(shí)反射回雷達天線(xiàn)，通過(guò)微處理器將距離信號轉化為液位信號來(lái)實(shí)現液位測量。從雷達液位計按照測量方式來(lái)看，目前有兩種較為常見(jiàn)：

(1)脈沖式。天線(xiàn)周期的發(fā)射雷達波脈沖；

(2)調頻連續波式。天線(xiàn)發(fā)射出圍繞某固定頻率連續變化的雷達波信號。雷達波信號下探至介質(zhì)的液面并反射回雷達天線(xiàn)時(shí)，該雷達波信號會(huì )與這個(gè)時(shí)刻天線(xiàn)發(fā)出的信號混在一起。

當反射回來(lái)的雷達波信號發(fā)送至液體表面并沿導波管返回時(shí)，發(fā)射的信號已經(jīng)出現微小的變化。當發(fā)射出的雷達波信號與返回的雷達波信號混合時(shí)，變?yōu)橐环N新的低頻信號，并與介質(zhì)頁(yè)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(zhù)測量距離的增加精度逐漸降低。而調頻連續波式有著(zhù)更高的測量度，同時(shí)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(xiàn)型式

雷達液位計根據天線(xiàn)型式的劃分，有以下類(lèi)型：椎型天線(xiàn)、拋物面天線(xiàn)、喇叭型天線(xiàn)、長(cháng)喇叭型天線(xiàn)。

椎型天線(xiàn)采用多點(diǎn)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(xiàn)的特點(diǎn)是波束窄，能量集中。在含有導波管的內浮頂或外浮頂儲罐中的應用較多。天線(xiàn)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(xiàn)的雷達波，采用單點(diǎn)發(fā)射的工作方式，經(jīng)過(guò)拋物面的反射，形成發(fā)散的雷達波，該型式天線(xiàn)同樣具備波束窄，能量集中的特點(diǎn)。通常用于儲存粘稠和嚴重凝結物料的拱頂罐液位測量，也可用于介電常數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(xiàn)采用了水滴型設計方式。喇叭型天線(xiàn)同樣采用單點(diǎn)發(fā)射雷達波的工作方式，經(jīng)過(guò)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(xiàn)小。由于整個(gè)喇叭天線(xiàn)伸入罐里，與罐內溫度無(wú)較大差異，所以在天線(xiàn)上基本不會(huì )有冷凝的現象出現。

長(cháng)喇叭型天線(xiàn)也是采用單點(diǎn)發(fā)射雷達波的工作方式，經(jīng)過(guò)喇叭面的反射，形成發(fā)散的雷達波，專(zhuān)門(mén)用于球罐液位測量，同時(shí)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(xiàn)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(shí)現對球罐液位的高精度、無(wú)故障測量在球罐上的正確安裝為關(guān)鍵。

3.1#導波管的安裝

導波管宜選用不銹鋼材質(zhì)，規格與雷達喇叭口尺寸要符合，一般有三種規格的導波管：ID=100mm；10.16cm.SCH10；10.16cm.SCH40。導波管垂直度須在±0.5°范圍內，法蘭水平度須在±1°范圍內。導波管應開(kāi)一定數量的平衡孔，孔徑應當為20mm。導波管上的所有開(kāi)孔須沿著(zhù)管道單側直線(xiàn)分布。導波管內壁應保證光滑，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(xiàn)進(jìn)行雷達液位計的測量精度校驗。它安裝在導波管一個(gè)與其他平衡孔成90°的開(kāi)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(shí)在安裝階段對液位計進(jìn)行校準。

4#雷達液位計的通訊系統

雷達液位計能夠提供支持HART協(xié)議的4～20mA的模擬量信號，也可以現場(chǎng)總線(xiàn)的方式傳輸。雷達液位計的通訊單元作為一個(gè)網(wǎng)關(guān)，基于OPC服務(wù)器模式，可將雷達液位計數據從通訊單元通訊到OPC服務(wù)器，再由客戶(hù)端進(jìn)行信號傳輸[2]。

由于雷達液位計能夠支持現場(chǎng)總線(xiàn)傳輸協(xié)議，所有三暢雷達液位計的信息都可實(shí)現傳輸，所以可為大型罐區建立一套完整的液位系統。每臺雷達液位計采用總線(xiàn)傳輸的方式與安裝在機柜間內的通訊單元將數據上傳，再從通訊單元以RS-485總線(xiàn)的形式傳至操作系統進(jìn)行通訊，通過(guò)上位機實(shí)現對液位、各點(diǎn)溫度、平均溫度、密度、壓力等信號的集中監視。

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(gè)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(shù)規格書(shū)，選擇了長(cháng)喇叭型球罐專(zhuān)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(xiàn)尺寸為Φ99mm，L=750mm；可同時(shí)輸出TRL/2總線(xiàn)信號和4～20mA/HART模擬信號，防爆等級ExiaIICT4(ATEX認證)；配有罐旁?xún)x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(guò)總線(xiàn)形式從罐旁?xún)x表傳輸至機柜間內安裝的通訊單元HUB2460中，通訊至DCS系統上位機進(jìn)行集中監視。球罐組雷達液位計通訊系統組成如圖3所示[3]。

6#結語(yǔ)

上海自?xún)x公司在整個(gè)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、穩定性可靠性高、易于維護等優(yōu)點(diǎn)，隨著(zhù)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。