雷達液位計在罐區的應用

 

摘要(yao)(yao)：測(ce)量(liang)(liang)(liang)精(jing)度(du)(du)是油品(pin)儲運管(guan)理(li)系統的(de)(de)(de)(de)主要(yao)(yao)指標，雷(lei)達是儲罐液(ye)(ye)位(wei)測(ce)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)最新應用技術之一(yi)(yi)。E+H雷(lei)達液(ye)(ye)位(wei)計(ji)(ji)(ji)采用回波(bo)法(TOF)儀表基本原理(li)，其數字信(xin)號(hao)(hao)處理(li)技術很強大，可(ke)以提(ti)高信(xin)號(hao)(hao)純凈度(du)(du)，能夠分析全(quan)反射(she)譜，考(kao)慮假回波(bo)、蒸汽(qi)影響和(he)(he)其他因(yin)素(su)，可(ke)以區分微弱的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)信(xin)號(hao)(hao)和(he)(he)很強的(de)(de)(de)(de)反射(she)信(xin)號(hao)(hao)，避免了(le)由于墻(qiang)壁反射(she)干擾效應造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)精(jing)度(du)(du)損失，使測(ce)量(liang)(liang)(liang)精(jing)度(du)(du)可(ke)達±3mm，完全(quan)滿足商業(ye)計(ji)(ji)(ji)量(liang)(liang)(liang)交接的(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)求。本文對我(wo)廠油品(pin)裝置所用的(de)(de)(de)(de)E+H雷(lei)達液(ye)(ye)位(wei)計(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)原理(li)和(he)(he)結構特點進(jin)(jin)行了(le)介紹(shao)，并對E+H雷(lei)達液(ye)(ye)位(wei)計(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)使用和(he)(he)一(yi)(yi)些常(chang)見的(de)(de)(de)(de)故(gu)障進(jin)(jin)行分析說明。

關健詞(ci):液(ye)位(wei)；雷達；精度；儲罐；測量

 

1. 前言

近(jin)年(nian)來，隨著石油(you)(you)(you)化工工業的(de)(de)發(fa)展(zhan)，石化部門對油(you)(you)(you)罐自動計量技術也越來越重視。由于目前(qian)采用的(de)(de)儲罐容量較大(da)，而且很(hen)小的(de)(de)液位(wei)(wei)(wei)高度測量誤(wu)差就會(hui)帶來很(hen)大(da)的(de)(de)容量誤(wu)差，因此(ci)油(you)(you)(you)罐的(de)(de)計量精(jing)度要(yao)(yao)求非(fei)常高。這就需(xu)要(yao)(yao)我們借(jie)助(zhu)于高科(ke)技的(de)(de)迅猛發(fa)展(zhan)，將(jiang)各種新(xin)(xin)(xin)技術、新(xin)(xin)(xin)方法應用到(dao)儲罐領域，使儲罐自動計量呈現(xian)(xian)出集(ji)功能、精(jing)度、現(xian)(xian)場一體化的(de)(de)新(xin)(xin)(xin)局面。雷達液位(wei)(wei)(wei)計是近(jin)些(xie)年(nian)來推出的(de)(de)適合這種要(yao)(yao)求的(de)(de)一種新(xin)(xin)(xin)型的(de)(de)油(you)(you)(you)罐液位(wei)(wei)(wei)測量儀(yi)表。

我廠(chang)油品儲(chu)罐(guan)５３座(包(bao)括兩個(ge)零位罐(guan)),總(zong)容量76400立(li)方米。包(bao)括原油罐(guan)區、渣油罐(guan)區、汽油罐(guan)區、柴(chai)油罐(guan)區等(deng)。罐(guan)的液位測量采用雷達液位計（主要是E+H和(he)Enraf兩個(ge)廠(chang)家的）。

雷達測(ce)距操作起(qi)來并(bing)不(bu)容(rong)易，當微波(bo)(bo)信號向液(ye)面發射(she)時(shi)，儲罐(guan)中的(de)每(mei)一種(zhong)障礙物都會引起(qi)不(bu)同的(de)干擾波(bo)(bo)，這些干擾波(bo)(bo)與測(ce)量(liang)信號幾乎同時(shi)反(fan)(fan)(fan)射(she)到(dao)天線上，需要(yao)進一步(bu)判斷才能找出(chu)真正(zheng)的(de)物位信號。E+H雷達液(ye)位計采(cai)用回波(bo)(bo)法(TOF)儀表(biao)基本原理，其(qi)數字信號處理技術(shu)很強大，可以提高(gao)信號純凈度(du)，能夠分(fen)析全(quan)反(fan)(fan)(fan)射(she)譜，考(kao)慮假回波(bo)(bo)、蒸(zheng)汽影響(xiang)和(he)其(qi)他因素(su)，可以區分(fen)微弱(ruo)的(de)測(ce)量(liang)信號和(he)很強的(de)反(fan)(fan)(fan)射(she)信號，避(bi)免了(le)由于(yu)墻壁反(fan)(fan)(fan)射(she)干擾效(xiao)應造(zao)成的(de)精度(du)損失，使測(ce)量(liang)精度(du)可達±1～±3mm，完全(quan)滿足商業計量(liang)交接的(de)要(yao)求。

1.本文主要介紹了(le)在油品罐區應用的E+H雷達液位計(ji)。

2. E+H雷達液位計工作原理和結構

2.1 雷達液位計的工(gong)作原理

雷達(da)是基于時間(jian)行程原理的(de)“俯視(shi)”式(shi)測(ce)量儀(yi)表(biao)，儀(yi)表(biao)測(ce)量從參考(kao)點（儀(yi)表(biao)過程連接(jie)處）介質表(biao)面的(de)距離(li)(li)(li)，所(suo)以測(ce)量屬于間(jian)測(ce)量。探頭發出高(gao)頻脈(mo)沖(chong)沿(yan)纜繩傳播，當(dang)脈(mo)沖(chong)遇到介質表(biao)面時反(fan)射回來被儀(yi)表(biao)內(nei)部的(de)接(jie)收器接(jie)收，并將距離(li)(li)(li)信號(hao)轉換為物位信號(hao)。測(ce)量距離(li)(li)(li)D與脈(mo)沖(chong)發出到接(jie)收所(suo)用的(de)時間(jian)t成正比：

D = v×t/2 L = E –

D

 

圖(tu)1 雷達液位計工作原理圖(tu)

V：雷達波傳播(bo)速度。

t: 雷達波傳播時(shi)間。

E：通(tong)常稱為空標(biao)，就是空罐(guan)高度，即從雷達天(tian)線到(dao)罐(guan)底(di)的距離。

D:測量值(zhi)，這是(shi)雷達(da)天(tian)線(xian)到(dao)液(ye)(ye)位(wei)的距離，這是(shi)雷達(da)直(zhi)(zhi)接(jie)檢(jian)測的距離。 L:液(ye)(ye)位(wei)，雷達(da)無法直(zhi)(zhi)接(jie)檢(jian)測液(ye)(ye)位(wei)高度，液(ye)(ye)位(wei)是(shi)由空標值(zhi)減去測量值(zhi)來得到(dao)。

B:盲區(qu)，通常指的是罐頂(ding)盲區(qu)，雷達(da)無法檢測到(dao)的距(ju)離(li)稱盲區(qu).

2.2 雷達液位計的構成

我(wo)公司共使用(yong)了4種E+H雷(lei)達液位(wei)計，分別是FMP40、FMR240、FMR532、

2

FMR533雷達。其中FMR532、FMR533是帶(dai)罐旁(pang)儀高精(jing)度(du)雷達，使(shi)用220V供電，通過罐旁(pang)儀通過V1總線通訊(xun)。而FMP40和 FMR240包括油罐溫度(du)變送器都采用PROFIBUS總線通訊(xun)并由總線供電。

 

 

 

圖(tu)2 幾種型(xing)號的(de)雷(lei)達液位計

圖(tu)3是(shi)E+H雷達(da)液位計表頭(tou)的分解(jie)圖(tu)，圖(tu)上可(ke)以清晰的了解(jie)到其表頭(tou)各個部分組成。這(zhe)些組件都可(ke)以進行更換。

 

圖3 E+H雷達液位計表頭組成

 

3. E+H雷達液位計的使用(yong)和維護

3.1 E+H雷達調試菜單的基本(ben)結構

在日常維護中我(wo)們對E+H雷達液(ye)位計(ji)的調校一般是通過(guo)其(qi)顯示(shi)面板VU331來進行的。其(qi)操作(zuo)菜單(dan)分為兩級(ji)：

3.1.1 功能組(zu)（00 ，01， 03...0C ，0D）

儀(yi)表的各操作選項被分(fen)配到不同的功能組(zu)中，可供(gong)選擇的功能組(zu)包

括(kuo)：“基本設定”，“安全設置”，“ProfiBus 參數”，“顯示”等(deng)(deng)等(deng)(deng)。 3.1.2 功能（001，002， 003 ...0D8 ，0D9）

每個(ge)功(gong)能(neng)組包括一個(ge)或(huo)多個(ge)功(gong)能(neng)。這些功(gong)能(neng)執行(xing)具體(ti)的操作或(huo)進(jin)行(xing)

參(can)數設(she)置。在功能(neng)中可進(jin)行參(can)數的(de)(de)選(xuan)擇(ze)與存儲，以及數據(ju)的(de)(de)輸入。“基(ji)本設(she)定(ding)”功能(neng)組可供選(xuan)擇(ze)的(de)(de)功能(neng)包括(kuo)“罐體形(xing)狀(zhuang)（002）”，“介質(zhi)特性（003）”，“過程條件（004）”，“空(kong)罐標定(ding)（005）”等(deng)(deng)等(deng)(deng)。 3.1.3 操作(zuo)矩(ju)陣

3.2

E+H雷(lei)達液(ye)位計的常(chang)見故障(zhang)

3.2.1液(ye)位計測量(liang)不(bu)準確(que)，與檢尺(chi)值(zhi)有偏差(cha)的(de)原因及(ji)處理(li)： 3.2.1.1空罐(guan)值(zhi)設置不(bu)正確(que)，設置正確(que)的(de)空罐(guan)值(zhi)（005）既可。

 

3.2.1.2在測(ce)量范圍內有干擾，只要(yao)做回波(bo)抑制（05）既(ji)可。如何判斷

測量誤差是由空罐高度設(she)置不正確還是干擾(rao)引(yin)起：根據經驗，

測(ce)量誤(wu)差大于0.5m以(yi)上多為(wei)干擾造(zao)成，小于0.5m為(wei)空罐高度

設置不當造成。

3.2.2 測量(liang)值有波動的原因(yin)及處理：

3.2.2.1 錯誤(wu)(wu)的回(hui)波抑制(zhi)造(zao)(zao)成。錯誤(wu)(wu)的回(hui)波抑制(zhi)造(zao)(zao)成有效回(hui)波將很

小甚至無回波，刪除錯誤的(de)回波抑制。重新做回波抑制。

3.2.2.2 設置正確(que)的(de)過(guo)程條件（004）。

3.2.3 部分液位(wei)計在測量過程中突然跳到最大值(zhi)的(de)原因及處理：

此(ci)現(xian)象發生在FMP40中，現(xian)場(chang)纜式雷達安裝短管過(guo)長(chang)，且無對中

圓(yuan)盤，導致進油或出油過程(cheng)中纜繩擺動，使纜繩靠近安裝短管，產生錯誤的回波。處理(li)方法有二：

3.2.3.1 加大盲區值(zhi)（059）到0.5-1m；

3.2.3.2 在顯示值跳到最大值后，做合適的(de)回波抑制。

3.2.4 個(ge)別(bie)液位計(ji)存在非線性(xing)誤差(cha)，即高液位時(shi)準確(que)，低液位時(shi)誤差(cha)大的原因及處(chu)理：

3.2.4.1 對于FMR532雷達（安裝有導(dao)波(bo)管(guan)），導(dao)波(bo)管(guan)直徑設置(zhi)不正確，

將造成(cheng)較大的(de)非線性誤差，例如：導波管(guan)直徑由165mm改為(wei)

203.2mm后，原2.78m的液(ye)位指示變化(hua)為2.50m，誤差0.28m；

而原12.492的液(ye)位指示變化(hua)為(wei)12.442m，誤(wu)差0.05m。

3.2.4.2 對于纜(lan)式(shi)雷達，是纜(lan)繩長度設置過小所致，例如(ru)，空罐值(zhi)為(wei)

14.5m，而纜(lan)繩長度設置為(wei)13.00m，但液位下降(jiang)至(zhi)1.5 m以

下時，雷達(da)將無法測量(liang)。

3.2.4.3 纜(lan)式雷達和導波管雷達因為測(ce)量的有(you)效長(chang)度(du)不能達到罐底，

在(zai)液位低于0.5m后出(chu)現(xian)指示(shi)不(bu)正(zheng)確屬(shu)正(zheng)常。

4.結束語

罐(guan)區(qu)儲罐(guan)由于其容(rong)積(ji)很(hen)大，要求液(ye)(ye)(ye)位(wei)計(ji)(ji)精度(du)很(hen)高，過去(qu)大多用浮子鋼帶式液(ye)(ye)(ye)位(wei)計(ji)(ji)、伺服式液(ye)(ye)(ye)位(wei)計(ji)(ji)和靜(jing)壓式液(ye)(ye)(ye)位(wei)計(ji)(ji)。但浮子鋼帶式液(ye)(ye)(ye)位(wei)計(ji)(ji)安(an)裝(zhuang)復雜，可(ke)靠性(xing)低;靜(jing)壓式液(ye)(ye)(ye)位(wei)計(ji)(ji)受介質密度(du)和溫度(du)影(ying)響很(hen)大，為消(xiao)除(chu)這些影(ying)響，

一套(tao)完善的靜壓測量(liang)系統(tong)其價格也(ye)很高；伺(si)服式液位計精度較高，但(dan)由于(yu)其有機械傳動(dong)機構，不可避免帶來磨損(sun)問題，同時(shi)價格也(ye)偏高。

微(wei)波(bo)傳(chuan)播(bo)具有定向(xiang)傳(chuan)播(bo)、準(zhun)光學特性、傳(chuan)輸特性好、介質對微(wei)波(bo)吸收(shou)與(yu)介質的(de)介電常數成(cheng)比例(li)的(de)特性，由(you)其(qi)自(zi)身特性決定，與(yu)以(yi)往(wang)使(shi)用(yong)的(de)各種液(ye)位(wei)計相比，智能雷達液(ye)位(wei)計具有自(zi)身的(de)使(shi)用(yong)優勢:

4.1 準確度高。

雷達液位計不受溫度壓力、氣體的影響，可快速(su)準確地測量不同介質的液位，準確度達±1～±3mm，可用于(yu)貿易結算。

4.2 可靠性強，使用壽命長。

可以提供可靠且長(chang)期穩定的模(mo)擬量(liang)或(huo)數(shu)字量(liang)物(wu)位信(xin)號(hao)。

4.3 幾(ji)乎可(ke)以測量所有介質(zhi)。

微波信號(hao)與可見光(guang)相(xiang)似，可以穿透(tou)空間，其反(fan)射(she)功(gong)率取(qu)決于被測介(jie)(jie)質的導電(dian)性和(he)介(jie)(jie)電(dian)常(chang)數(shu)。介(jie)(jie)電(dian)常(chang)數(shu)越(yue)大，回波信號(hao)的反(fan)射(she)效果越(yue)好。

4.4 全節能。

微波的發射功率很小，最大為(wei)0.03mW/cm2，可(ke)被金(jin)屬容器外壁靜電(dian)屏蔽，因此可(ke)不受(shou)任何(he)限制地應(ying)用于各種場合(he)，而(er)且對人體無(wu)害。

4.5 擴展性好。

可根據現場(chang)不同需要選擇(ze)不同的卡件，而且通信協議靈活。

4.6 維護保養的工(gong)作量很少。

雷達液(ye)位計具有故障報警及自診斷功(gong)能(neng)，大(da)(da)大(da)(da)減少(shao)維護工作量。

4.7 安裝簡單。

可直接安裝(zhuang)到儲罐頂(ding)部，安裝(zhuang)時儲罐可正常使用也(ye)不受影(ying)響(xiang)。