設為首頁
加入收藏
聯(lián)系我們| 分 類 |
隨著我國工業(yè)水平飛速發(fā)展，對石油及其附屬產(chǎn)品的依賴程度越來越大，一大批戰(zhàn)略儲備油庫陸續(xù)建成并投入使用。在戰(zhàn)略儲備油庫日常生產(chǎn)運行管理中，儲罐的液位是zui重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。目前用于測量儲油罐液位的液位計有浮子式鋼帶液位計、雷達液位計、磁致式液位計等n。雷達液位計是一種采用微波測量技術、非接觸式的液位測量儀表，它克服了機械式接觸型液位儀表的諸多缺點。隨著石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，雷達液位計的應用范圍日益廣泛，本文結合大慶油田儲罐雷達液位計及溫度測量裝置，對雷達液位計應用效果進行探討。
1、測量原理
雷達液位計采用發(fā)射一反射一接收的模式進行工作。雷達液位計的天線發(fā)射出電磁波，電磁波經(jīng)被測對象表面反射后，被天線接收，液位計天線至液面的距離與電磁波從發(fā)射到接收的時間成正比，從而可計算出液面高度。根據(jù)電磁波工作模式不同，雷達液位計分為脈沖微波方式液位計和調頻連續(xù)波方式液位計。
1．1脈沖微波方式液位計
這種方式液位計采用“俯視式”時間行程測量系統(tǒng)，測量系統(tǒng)通過天線發(fā)射頻率固定的微波脈沖，經(jīng)過物料表面產(chǎn)生反射后由測量系統(tǒng)所接收。
雷達天線將接收到的反射微波脈沖傳遞給電子線路，微處理器對此信號進行處理，識別出微波脈沖在物料表面所產(chǎn)生的回波，并據(jù)此計算液位。雷達液位計到儲油罐被測液面距離為D=CT／2(1)
式中D為雷達液位計到液面的距離(m)；C為微波在空間中的傳播速度(rrgs)；T為電磁波運行時間(s)。
則儲油罐液位L=H—D(2)
式中為儲油罐液位(m)；H為空罐高度(m)。
1．2調頻連續(xù)波方式液位計
雷達液位計信號從天線發(fā)射出去，經(jīng)測量平面反射，回波被天線接收。這種工作模式的雷達液位計發(fā)射的微波是頻率被線性調制的連續(xù)波，當回波被天線接收到時，微波發(fā)射頻率已經(jīng)改變。發(fā)射波與回波的頻率差正比于天線到液面的距離。通過對頻率差信號做快速傅立葉變換(FFT)，頻率差被轉化為頻譜差，進而換算出測量距離。發(fā)射頻率隨時間線性改變，當發(fā)射出去的連續(xù)波到達液面反射后，反射回來的信號頻率比發(fā)射信號滯后了。
根據(jù)微波傳播原理可知
At=2D／C(3)
式中c為微波在空間中的傳播速度(m／s)；D為雷達液位計到液面的距離㈤。
由于回波信號頻率的滯后，反射頻率與發(fā)射信號的相位差為
△‘p=24At一2~rf2At=2wAfAt(4)
式中△為發(fā)射信號與反射信號的相位差(rad)；、分別為雷達液位計的發(fā)射信號和反射信號的頻率(Hz)；Af為雷達液位計的發(fā)射信號和反射信號的頻差(Hz)。
將式(3)、式(4)兩式合并后可以得到D=CA~／47rAf(5)
頻差經(jīng)過FFT可以轉換為頻譜，進而計算出頻差，距離D也可以求得。按照公式(2)，即可計算出液位。
2、系統(tǒng)構成
雷達液位計主要由RTG(雷達液位計)、DAU(數(shù)據(jù)采集單元)、FCU(現(xiàn)場通訊單元)、多點溫度計MST(RTD測溫元件PtlO0)等組成。DAU是液位計的補充裝置，用來連接測量溫度的各種傳感器，DAU為本質安全型并與同一儲罐上的RTG相連，DAU由RTG中的變送器接口卡供電并通過卡件進行通信；FCU對來自儲罐的雷達液位計和數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)不斷進行輪詢，并將其存儲在緩沖存儲器內(nèi)。通過RS232C或通過TRL／2分組總線上的FBM現(xiàn)場總線調制解調器(現(xiàn)場總線調制解調器)將現(xiàn)場通信單元與監(jiān)控計算機相連。系統(tǒng)構成框圖如圖1所示。
3、應用效果
南三油庫19-24'儲油罐于2009年安裝了SABB羅斯蒙特(Rosemount)雷達液位計及多點測溫裝置MST，雷達液位計采用調頻連續(xù)波方式工作，其附屬裝置MST采用PT100$A熱電阻進行測溫，測量點為14個。2014年6月，油庫人員對液位歷史數(shù)據(jù)進行分析，共計6萬個；對儲油罐進、出口溫度，MST的23萬個歷史數(shù)據(jù)進行分析，結果表明：(1)雷達液位計計量液位精度高，不存在卡尺等影響計量算量的情況，應用效果要優(yōu)于機械式液位計。
(2)在油庫應用的5年時間內(nèi)，雷達液位計沒有出現(xiàn)過故障，表明雷達液位計平均*時間(MeanTimeBetweenFailures，簡稱MTBF)較長，也說明其可靠性較高。
(3)MST的有效溫度數(shù)據(jù)(有效溫度是指測溫點*浸在油品里所測得的溫度)與儲油罐出口溫度數(shù)據(jù)相差0．5~1oC，MST數(shù)據(jù)基本可以反映出儲油罐的出口溫度，對冬季換熱器的運行具體一定的指導意義。
(4)MST的有效溫度數(shù)據(jù)梯度變化很小，每個相鄰溫度測量點之間的溫度差在O．1~0．2℃之間，說明儲油罐內(nèi)油品溫場穩(wěn)定，對研究儲油罐內(nèi)油品溫度分布范圍、指導儲油罐運行具有指導意義。
