雷达液位计在液化石油气储罐上的应用和选型注意

 

一、前言

         石油贸易过程中用于交接计量的储罐液位自动计量系统是国内外石油买卖中的通用设备，其中zui常用的是混合式油罐测量系统，在混合式油罐测量系统中使用zui多的液位计是SC雷达液位计。这种液位计的特点是结构中不存在活动部件，这样就不会产生机械磨损，液位计的使用寿命较其他产品更长，能够达到十年及以上，使用环境需求小，能够实现精准测量。

 

二、雷达液位计的应用原理

         虽然非接触式的雷达液位计能够极大程度的满足石油贸易交接过程，精度上能够达到±1mm，但是使用的测量原理基本归为两种：

 

         1.基于时间差法。这种方法利用的原理是当天线发射出电磁波后，电磁波以光速传播，当电磁波与液面接触后就会发生波的反射，根据滞后时间与传播距离之间的关系就可以换算出距离参数。雷达液位计就是利用这个原理测量电磁波发射到接收之间的时间差来确定发射面与反射面之间的距离的。

 

         2.复合调频式原理。这种方法同样是将信号通过天线发射，使用的信号有所不同，采用线性调频的等幅微波信号，发射信号在被测面上被反射回来，出现一定的时间差，之后仪表接收到发射的微波信号，这些反射信号会与发射信号之间混合，根据混合信号的频率就可以判断发射面与被测面之间的距离。因此雷达液位计指需要设置固定的频率和频偏，根据测量得到的混合微波信号频率就可以测出距离。

 

         现有的雷达液位计主要就是利用以上两种原理，根据这些原理使得雷达液位计具有其他测量仪表所无法媲美的优势，得到了广大油田企业的一致认可。这些优点体现在第一点雷达液位计能够实现一体化的机械设计，减少了使用中的损耗，因此雷达液位计的使用年限都很长，一般都能够达到10年以上的使用寿命，并且在使用中能够保证使用精度和效率。第二点雷达液位计原理中所使用的电磁波，经天线发射出来以后就能够直线传播，中间过程中不会被其他介质阻碍而影响电磁波的传播导致测量失真，只有碰到了液面时才会被发射，这样就极大程度的提高了雷达液位计的测量精度。第三点是雷达液位计具有较宽的测量范围。根据现有的雷达液位计产品数据，测量范围zui大的能够实现35米左右的精确测量，并且能够在高温高压下进行使用。第四点是雷达液位计中zui重要的天线设备在材料选择上，考虑了使用环境的苛刻条件，通常选用耐高温、抗腐蚀的高质量材料，保证了雷达液位计在苛刻的环境中能够正常使用。

 

三、雷达液位计在使用中的影响因素

         在使用过程中必须充分考虑雷达液位计的影响因素，这样才能够在使用时避免这些影响因素带来的误差，或者在误差分析中予以考虑。

 

1.温度因素对雷达液位计的影响

         温度因素对雷达液位计的影响较小，因为雷达天线发射的电磁波的传播速度不受环境温度变化的影响，只有液面的温度发生变化时，才能够引起电磁波发射速度的变化，从而影响雷达液位计的测量准确性。

 

2.压力因素对雷达液位计的影响

         雷达液位计使用环境中的另一重要因素就是压力。虽然电磁波传播时不会受到压力变化的影响，及时在真空状态下其传播速度的变化也仅仅与常压相比差0.029%。然而这种压力的影响会随着压力增高而加剧，当使用环境的压力高于某一值时，压力就会对雷达液位计的测量效果产生很大的影响。

 

3.液面性质对雷达液位计的影响

         液面性质包含很多内容，其中相对介电常数、界面稳定程度和气泡等因素都会对雷达发射的信号产生干扰，使得雷达液位计无法正常使用或测量失真。因此当储罐内部的液面稳定时，测量得到的结果相对较准，一旦出现罐内液体的晃动，或者有液体流入流出造成的液面波动，甚至由此产生的沸腾或搅浑等都将使液体界面无法准确测量。电磁波的传播虽然对温度和压力的反馈较小，但是对于介质的介电常数却十分敏感，电磁波的衰减率将随着介电常数的降低而增加，由于衰减率增大而造成反射率变小，也就是说介电常数小时，电磁波的反射能力弱，信号强度也随之降低。一旦介电常数小到一定范围时，雷达液位计的仪表就不能够接收到被削弱的反射信号，再结合发射信号的干扰，就无法进行准确的距离测量了。这种对介电常数要求的值将会根据不同雷达液位计而不同，其中介电常数要求较小的雷达液位计也具有更高的技术性，SAAB雷达液位计正是一种测量相对介电常数只有1.2的高科技雷达液位计。除了介电常数以外沸腾或搅浑都会使得被测界面不稳定，可以通过改变储罐内部的结构或者设置导波管来降低这种干扰，保证雷达液位计的正常使用。

 

四、雷达液位计在液化气储罐上的应用

1.雷达液位计的参数设置

(1)安装

         因为ROSEMOUNT雷达液位计都采用分体式，所以在安装上相对来说比较简单。该液位计的安装方式主要分为两大类。

         ①机械安装：其通过天线法兰或者螺纹的形式完成其导波管之间的固定，同时注意剔除外界干扰物的影响。天线的作用是隔离介质和雷达表头，注意进行安装时需要在配对法兰之间添加垫片，以免内部介质出现泄露。

         ②电子安装：其包括电源和信号设备的线路连接，常用的雷达接线方式有两种:防爆接法和本安接法，防爆接法需要用到两根电源线和信号线;本安接法则由本安输出、继电器输出、模拟输入和现场显示单元(DAu)四部分构成。

 

(2)组态

         组态相对比较复杂，ROSEMOUNT组态主要采用Tankmaster软件。一般用户只需设置几个关键的参数：罐高、量程(液位计量程必须{~InCS设成一致，否则DCS上显示的液位就会和雷达不匹配)、介电常数、盲区、所使用的天线类型和尺寸，其余参数已经在出厂时已经设置，用户按默认即可，详细设置请参考相关资料。

 

2.在液化气储罐上的应用

         液位数据是通过雷达液位计来完成收集的，进而再将数据信息输入信号处理处理模块中，完成初步的处理，将其传递到中控室，进而经Dcs和TankMarster系统的分析完对罐区液位的实时管控。即将区域内所有液位信号搜集并传递至现场总线接口单元(FCU)，然后再送至机柜(采取本安隔离，必须经过安全栅的筛选，才可将其送至DCS的I／O端子)。DCS和TankMarster系统可以将实时数据以视觉形式传递给管理人员，完成对罐区介质液位的实时管控。

 

五、雷达液位计的选型和使用注意事项

         雷达液位计具有很多种类型的设计，主要区别在于天线的设计差异，在使用时需要根据被测介质的性质、储罐结构、使用温度和使用压力等进行选型。SAAB雷达液位计有以下几种常见的类型，如喇叭形（锥形）天线雷达液位计、抛物面天线雷达液位计、导波管阵列（平面）天线雷达液位计和棒状天线雷达液位计等。

 

         在zui常使用的拱顶罐中多选用喇叭形（锥形）天线雷达液位计，这种雷达液位计在使用时不需要导向管，安装位置能够接近罐壁，可以达到较高的测量精度。但是当拱顶罐内的介质粘度大，且使用时需要进行加热时就应该选择抛物面天线雷达液位计，这种液位计具有较强的抗粘连能力，使用时不需要配合导波管使用。对于浮顶罐选择雷达液位计时工程中较多选择平面天线雷达液位计，这种液位计主要安装在油罐的导波管上。高压球罐则选择加长喇叭口天线雷达液位计，使用时还配合导波管以及一体化球阀，这些都为了提高雷达液位计在带压状态下的可维护性。在SAAB雷达液位计使用的过程中还应该注意以下内容：

 

         1.雷达液位计不能够安装在储罐顶部的中心处，主要原因是天线发射的电磁波是球面传播，整个罐内空间都存在电磁波，那么罐壁和罐底反射回来的电磁波就会干扰液面反馈的电磁波，使得测量结果不准确。

 

         2.在使用喇叭天线雷达液位计时应该注意天线的安装，至少需要伸出接管10mm，如果目前的使用条件无法满足，就应该考虑使用天线延伸管。

 

         3.应该根据雷达液位计的天线形式选择安装位置以及配套的导波管等设备，不能有所省略，否则将会影响测量的精确度。

 

         4.由于雷达液位计主要由天线和电子元件组成，活动部件少，因此日常维护仅需注意定期检查和清理即可。

 

六、结论

         通过本文的分析可以看出，伴随着我国经济发展而需求不断扩大的石油开采，必须对石油的储存和运输做好保卫工作，其中石油储罐作为重要设备应该保证其使用的安全，SAAB雷达液位计能够对石油储罐中的液位进行准确测量，同时具有较高的测量精度，使用寿命高等特点，可以从根本上保证石油储罐的使用需求，也将有更加旷阔的使用空间。