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      原油拱頂罐液位測量的方法和現狀


      通過對原油緩沖罐液位測量問題進行研究,提出了原油拱頂罐液位測量的方法和現狀,以及新的雷達波測距技術,介紹了采用雷達液位計作為液位測量儀表以及非接觸式測量方式,解決原油緩沖罐的液位測量問題,說明了HLRD26GA雷達液位計的工作原理及特點,介紹了該型雷達液位計在原油罐上的安裝要求、影響精度的因素,以及HLRD26GA基本參數的設置過程、故障排查的基本方法。

               

      長期以來,在原油拱頂罐的液位測量中,大多采用鋼帶液位計加人工檢尺的方式進行。由于鋼帶液位計的浮球直接接觸原油表面,易受凝油、結蠟、掛壁等現象的影響,同時鋼帶易產生彈性疲勞。鋼帶位置變送器含有大量機械器件,易發生卡鋼帶、卡軸等情況。所以鋼帶液位計維護量大、故障率較高,不適宜在原油罐中應用。而雷達液位計采用亳米級雷達波作為檢測介質,采用非接觸式測量方式,相對安全,且具有精度高、操作簡單、維護方便的特點,更適合在原油罐上應用。

      1 檢測原理及特點

      HLRD26GA雷達液位計采用脈沖時間行程方法進行距離測量,系統以固定的脈沖帶寬,發射出某一固定頻率的脈沖(即載波),在介質表面反射后由接收器接收,脈沖的時間行程t決定了發射點到介質表面的距離D,:

      D = (t×C) /2(1)

      式中:C為雷達波在空氣中的傳播速度,即光速。

      對于罐內液位的確定,雷達液位計用以下方式進行計算:

      L =E -D (2)

      液位計算的原理如圖1所示,其中,E為罐的空高,即雷達波發射點(測量的參考點)到 液位的距離;L為罐內介質的實際液位;F為測量 值,即量程。

      相對以往的檢測方式, HLRD26GA具有顯著的優點:系統用石英晶體來控制載波脈沖的發射頻率,保證頻率的穩定性,提高測量精度。石英晶體的振蕩頻率受溫度影響很小,所以在一個較大的溫度變化范圍內,脈沖雷達對溫度的穩定性要求不高,測量精度基本不受溫度的影響。測量方式采用非接觸式測量,安全系數高,且不受液體粘度等的限制。脈沖雷達向振蕩系統供電是間歇性的,只有約1 /300的工作時間。因此,脈沖雷達功耗很低,本安型儀器甚至可以在現場打開儀表。供電方式采用24VDC兩線制供電,簡單方便,DCS等系統的要求很低,相對其它測量方式更有安裝簡單、維護方便的特點。

      2 安裝要求及影響因素

      2.1 HLRD26GA的安裝要求

      HLRD26GA在安裝時有一定的要求,安裝位置如圖2所示,按此要求進行安裝才能達到較好的效果。

      在安裝時,要盡量滿足以下條件:

      ①對于圓形罐,液位計與罐壁的距離應介于罐徑的1/6~1/4為宜,直徑小的罐安裝點距離罐壁的*近距離不能少于30 cm

      ②安裝位置不能選擇圓形罐的中間位置,這樣將會干擾信號,并導致其消失。

      ③不要安裝于被測液體流入口的正上方。

      ④不要在信號波的范圍之內安裝限位開關、溫度傳感器等裝置。

      ⑤安裝在罐內壁的對稱裝置,如空間環狀物、加專線圈、障礙物也可能影響測量的準確性,如圖3所示。

      ⑥在安裝時,應將法蘭上的標記指向罐壁(標記位于法蘭的兩個螺栓孔的正中間)

      ⑦安裝時,喇叭天線應與液面垂直,以保證回波質量,避免出現假回波。

      ⑧喇叭狀的天線一定要延長到連接管以下,否則就要用延長桿FAR10FAR100

      2.2 影響雷達測量的因素

      雷達液位測量儀表的精度在實際應用中與在參

      考條件下是不同的。其主要原因是罐體本身成為了測量系統的一部分。罐體及其內部的障礙物對微波的干擾決定了所能得到的精度。影響測量精度的因素有:

      ①儀表內部及天線連接處的阻抗躍變;

      ②安裝短管內的阻抗躍變;

      ③罐內障礙物的干擾反射;

      ④由罐壁、罐頂及罐底引起的多次反射;

      ⑤高頻頭沾染粘附物;

      ⑥罐內油氣或蒸汽過大,結露或產生過強的反射。

      如果采用在導波管中安裝,還應注意:

      ①電磁波的時間行程發生了變化,此變化與導波管直徑及其內部的平整程度有關;

      ②由于導波管內徑變化等因素引起的電磁波傳播方式的變化。

      3 HLRD26GA在緩沖罐上的應用

      由于中間站內的原油罐屬緩沖罐,罐位的測量不做交接計量使用,所以選用HLRD26GA完全可以滿足精度要求。但在安裝位置上存在困難:罐位測量原來采用鋼帶式液位計,原安裝孔過小,且原浮球導向鋼絲會影響雷達測量精度和穩定性,不適合雷達液位計的安裝。因此,只能用罐頂的入孔,但孔徑較大。經過適當改造,加裝變徑法蘭改變安裝孔徑,達到安裝要求。

      本單位選取HLRD26GA液位計,防爆等級為Eexd( ia)CT6本安型,天線尺寸為喇叭型250mm/10",輸出4~20mAHART,4行顯示VU331

      采用以上形式安裝完成后,需使用VU331操作模塊對液位計進行設置和標定,其設置的選項和操作方法步驟如下:

      按E鍵進入主菜單,主菜單包括基本設定(BASIC SETUP),功能代碼00;安全設定(SAFETYSETING),功能代碼01;線性化(LINEARISATION),功能代碼04等選項。光標選在 項(BASIC SETUP),E鍵確定,進入基本設定組。

      ②按E鍵后,進入“罐體形狀”(tank shape 002)

      設定選項(功能號002),此功能用來選擇安裝罐體的形狀,可供選擇的項包括拱頂罐、臥式柱形罐、旁通管、導波管、平頂罐、球罐等。設定此項時,用“+”或“-”移動光標選擇罐體形狀,在此選擇“拱頂罐”(DOMECEILING),E鍵確認。

      ③按E鍵確認后,進入下一選項“介質特性”

      (MEDIUM CONDITION),此功能用于選擇所測介質的介電常數,應根據所測介質特性進行選擇,介電常數的選擇如表1所示。用“+”或“-”移動光標進行介電常數選擇。由于測量介質為原油,所以選擇1. 9~4. 0選項。

      ④按E鍵確認并進入下一項,“過程條件”(processcondition 004),此功能用于選擇過程條件。可選擇標準、平靜表面、波動表面、攪拌器、快速變化、測試無濾波等。這里選擇“標準”(standard)

      ⑤按E鍵確定并進入下一項,“空罐標定”(emp-ty calibration 005),此功能用于輸入從法蘭(測量的參考點)到 液位的距離(E=空罐標定-零點)。按“+”或“-”鍵,輸入空高E(即雷達法蘭面到罐底的距離,15m)

      ⑥按E鍵確認進入下一項滿罐標定(full calibra-tion 006),此功能用于輸入從 液位到 液位的距離(F=滿罐標定-量程)。輸入 量程值,此量程應與顯示罐位的上位機相一致,15.0m

      ⑦其它設定。一般情況下,通過以上基本設定, HLRD26GA已經可以做測量工作。再根據出現的情況如測量不準、波動等進行相應的調整,并與控制室顯示設備如DCS等連接后,雷達液位計就可投入使用。但如果在導波管內安裝,需設定導波管的直徑等參數,如果加裝了延長管,還要設定延長管的長度等。

      4 易出現的問題及其處理

      HLRD26GA在應用過程中,也會出現一些問題。如出現了測量值躍變、示值波動、無輸出等。現將易出現的故障列舉如下,僅供參考:

      ①測量值在一定區間內躍變。出現此類情況,可能是被測液面不穩定,或原油掛壁現象嚴重造成的,即信號被削弱了。此外,雷達液位計發射天線附近有粘附物,也會使測量結果出現波動。

      ②測量值無變化。出現此類情況,可能是波束范圍內有固定的反射面,造成強的干擾,應檢查液位計安裝孔,延長桿、罐壁等。此外,雷達液位計的電子模塊失效也是主要原因,應聯系維修人員進行檢測和更換。

      ③失波,即回波太弱。可能的原因是天線方向與液面不垂直;液面擾動,有泡沫;雷達天線上結露或有粘附物。需調整天線方向、清洗天線等。

      ④此外還需注意,當雷達液位計從一個罐移到另一個罐使用時,若只基本設定的修改就投入使用,那樣可能造成工作不穩定。這種情況下必須進行復位,使雷達液位計對新的安裝環境進行重新學習,然后再進行基本參數設定,方可投入使用。

      ⑤如在使用中出現錯誤代碼,可參照說明書附加的故障代碼表進行處理。

      5 結束語

      HLRD26GA系列雷達液位計是一種“俯視式”時間行程測量系統。用于測量從參考點(即過程連接點)到物料表面的間距。天線發出雷達波脈沖,在被測物料表面產生反射,并被雷達系統所接收。天線接收反射的微波脈沖并將其傳輸給電子線路,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生的回波。HLRD26GA在原油緩沖罐上的應用,解決了多年來油罐液位測量的難題,它具有安裝簡單方便、附屬器件少、測量過程不受介質密度和溫度的影響等特點,這使它的應用更為廣泛。

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