常州鑫旺儀表有限公司雷達(dá)液位計在石油儲罐液位計量中的應(yīng)用
作者:常州鑫旺儀表有限公司
2023-07-03
摘 要: 介紹石油儲罐液位測量儀表雷達(dá)液位計的選型、安裝、自動控制和維護，以及電流漂移和信號干擾兩種常見故障的解決辦法。
關(guān)鍵詞:石油儲罐,液位計量,雷達(dá)液位計,故障處理
在石油貿(mào)易交接和企業(yè)成本核算過程中，都對石油液相產(chǎn)品計量的**性提出了嚴(yán)格要求。而傳統(tǒng)液位計的計量精度和自動化程度較低，已不能滿足計量需要。而雷達(dá)液位計因其自動化程度高、易于安裝、維護及可重復(fù)利用(分體式結(jié)構(gòu)) 等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于儲罐中固體物位和液體液位( 如原油和瀝青) 的測量。筆者將詳細(xì)介紹雷達(dá)液位計在石油儲罐液位計量中的應(yīng)用和常見問題的解決。
1 雷達(dá)液位計的應(yīng)用
1.1選型
雷達(dá)液位計的種類繁多，選型時首先要考慮被測介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度及腐蝕性等特性對其使用性能的影響。因此，在選型時要針對介質(zhì)在特定工況下的特性來選取適宜的天線和表頭。對于體積較小、形狀復(fù)雜的罐體或需測量多種液體分界面的應(yīng)用場合，推薦采用導(dǎo)波纜天線雷達(dá)液位計; 對測量環(huán)境較復(fù)雜的罐體，如介質(zhì)易揮發(fā)、腐蝕及高壓和高溫等，推薦使用非接觸天線雷達(dá)液位計，由于液位計與介質(zhì)不接觸，就能避免由于介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)影響其計量精度或?qū)走_(dá)液位計本身的損傷。
依據(jù)介質(zhì)測量的目的選擇不同測量精度的雷達(dá)液位計。如果僅用于內(nèi)部成本核算，精度要求不需要太高; 如果用于貿(mào)易交接，就必須選擇高精度的雷達(dá)液位計。為節(jié)約投資，在計量精度滿足需求的前提下可選用性價比高的產(chǎn)品。由于雷達(dá)液位計的精度、日常維護和使用壽命直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，所以過硬的質(zhì)量和滿意的售后服務(wù)對用戶來說至關(guān)重要。
選型時還需綜合考慮其測量范圍、頻率 (10GHz，20GHz，…)、雷達(dá)與測量罐體的連接方式(法蘭、G11/2 螺紋、12/1NPT)、防爆/防護等級、信號輸出協(xié)議( Modbus/Hart) 和傳輸方式(4～20mA電流還是0～5V電壓)這些因素。
1.2安裝
為達(dá)到高精度無故障地測量介質(zhì)的液位，在儲罐上正確安裝雷達(dá)液位計也十分關(guān)鍵，液位計的安裝分為機械和電氣兩部分。
1.2.1機械安裝
筆者以ROSEMENT拋物面型天線雷達(dá)液位計為例，說明其機械安裝時的注意事項:
a.傾斜度。液位計中軸線對儲罐中心線的傾斜度不同，其發(fā)射波和反射波的行程也不同，測量精度也會受到影響。因此，安裝時必須使用法蘭球?qū)⒁何挥嫲惭b在儲罐噴嘴上，再利用水準(zhǔn)儀調(diào)整變送器的傾斜度，使其不超過1.5°。
b.自由空間。拋物面型天線液位計的雷達(dá)波束寬度為 10°，在波束范圍內(nèi)從罐頂?shù)綔y量零點之間的空間即為自由空間。如果自由空間范圍內(nèi)有任何障礙，如結(jié)構(gòu)加強筋及直徑大于 2″的管道等，定會對雷達(dá)波產(chǎn)生干擾，影響測量效果。在安裝時，要注意規(guī)避自由空間內(nèi)的障礙物。
c.噴嘴。如果采用20″的噴嘴，噴嘴高度不得超過 0.5m，噴嘴的直徑越大其高度也會更高。此時，必須將拋物面反射器的邊緣與噴嘴底端的夾角控制在 5°以內(nèi)，從而形成雷達(dá)波束的自由通道( 圖 1) ，滿足所要求的測量精度。
d.本體。雷達(dá)液位計本體的安裝較簡單，主要是天線、表頭與噴嘴的連接( 圖 2) ，圖示位置天線已安裝在噴嘴里。安裝時要特別注意用水準(zhǔn)儀確保天線和表頭與儲罐中心線的傾角達(dá)到要求。
1.2.2電氣部分的安裝方法
首先確定雷達(dá)液位計配備的模擬輸出，如果有源，電源線與信號線共用一對線即可; 如果無源，則必須單獨給雷達(dá)供電，否則將導(dǎo)致信號丟失和儀表損壞。其接線模式有非本安和本安兩種，非本安接線盒用于連接非本安電源、TRL/2 總線和繼電器; 本安接線盒用于數(shù)據(jù)采集單元 DAU、顯示板 RDU40、模擬輸入和溫度傳感器的本安連接。還需注意，通信協(xié)議不同接線方式也不同，所以雷達(dá)液位計的電氣安裝較為復(fù)雜?？傮w上可分為電源接線和信號接線兩部分:
a.電源接線。在石油工業(yè)中，雷達(dá)液位計主要用于測量油罐中油液的位置，因此它的使用和電氣接線必須符合該區(qū)域的安全等級，電纜也必須符合相關(guān)供電電壓準(zhǔn)則，并且要通過適合于該危險區(qū)域的認(rèn)證才可以使用。液位變送器內(nèi)置有可自動調(diào)整的整流器卡件 TRC，以適應(yīng)連接100 ～240VAC、34 ～70VAC 和48～ 99VDC電源電壓，在供電方式上比較靈活。因此，只要將供電電源線連接至接線盒電源端的 L1 + 和 L2 － 即可。
b.信號線的連接。雷達(dá)液位計通過 TRL/2 現(xiàn)場總線、現(xiàn)場通信單元 FCU 和現(xiàn)場總線調(diào)制解調(diào)器 FBM 連接至上位機。FBM 將 TRL/2 Modbus信號轉(zhuǎn)換成通用協(xié)議 RS232 信號，每條 TRL/2 總線可以連接 8 個單元。當(dāng)變送器與 TRL/2 總線連接至上位機后，用 Saab TankMaster WinSetup/ WinOpi 軟件對變送器進行組態(tài)和初始化，并實時監(jiān)控儲罐內(nèi)介質(zhì)的液位和體積及溫度等數(shù)據(jù)。
另外，還有繼電器、模擬輸入/輸出、單點和多點溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集單元 DAU、遠(yuǎn)傳顯示單元 RDU 40 及 Hart 協(xié)議手操器等擴展外圍設(shè)備的接線，可參照說明書進行設(shè)置和安裝。
2 雷達(dá)液位計的自動控制
從安裝在罐頂?shù)睦走_(dá)液位計接線盒里把引出的電源線與數(shù)據(jù)線匯總到現(xiàn)場總線電源梳理器和接口單元，再使用串行通信接口 RS485 /232 連接至工控機，并完成軟件組態(tài)和罐區(qū)參數(shù)的初始化設(shè)置［1］，如果需要對現(xiàn)場信號線進行本安隔離，必須先通過安全柵再連到 DCS 的 I/O 端子。這樣，就可以通過 DCS 系統(tǒng)實時觀察罐區(qū)介質(zhì)液位的變化情況了，再輔以罐區(qū)進/出口閥門的自動控制，使介質(zhì)液位自動維持在所需的位置，實現(xiàn)罐區(qū)液位的遠(yuǎn)程自/手動控制、即時掌握實時/歷史數(shù)據(jù)，并能從雷達(dá)液位計自帶的組態(tài)軟件中分析液位的曲線圖，查看生產(chǎn)和設(shè)備的歷史/實時運行情況，消除人為干預(yù)造成低精度計量的現(xiàn)象。
為延長雷達(dá)液位計的使用壽命，保持長時間的高精度測量，日常維護至關(guān)重要，而且必須由專業(yè)人員或在專業(yè)人員的指導(dǎo)下進行。維護過程中一般應(yīng)注意以下幾個方面:
a.接地保護。為防止漏電對電器元件造成破壞和對正常信號傳輸?shù)母蓴_，需將雷達(dá)表頭和控制室機柜信號接口處任一一端接地。
b.瞬間過激電壓保護。雷達(dá)液位計本身支持這項功能，但安裝時要盡量避開雷電經(jīng)?；顒拥膮^(qū)域，或者做好外部雷擊保護措施。
c.干擾信號。在短時間內(nèi)液位出現(xiàn)強烈波動時應(yīng)及時查找原因，排查故障。天線下方有任何障礙物都有可能使信號變?nèi)醵斐蓽y量偏差。因此，當(dāng)被測介質(zhì)是瀝青或揮發(fā)性較強的介質(zhì)時，要定期對天線進行清洗。
d.接線端口。現(xiàn)場接線端子一定要進行密封隔離，以免液體侵入造成電源短路、接線端子和電路板腐蝕。
4 故障現(xiàn)象及解決方法
雷達(dá)液位計的故障點有很多，在處理時通過逐步細(xì)化功能段，借助測量儀表工具用排除法解決。首先要初步判定故障是在雷達(dá)設(shè)備還是在 DCS 控制部分，具體方法是對雷達(dá)進行單獨通信，如果正常，說明是 DCS 出現(xiàn)問題。如果確定雷達(dá)設(shè)備故障，需判斷是硬件還是軟件故障，如果是軟件故障則要利用調(diào)試軟件進行查看; 硬件則需判斷是機械部分還是電氣部分，并分析判斷有可能出現(xiàn)故障的模塊，然后用正常模塊進行替代，逐步排除，找到故障點。有時也可能是幾個故障點共同引起的，就要用完全替換法找出故障所在。筆者列舉兩個典型的實例來闡述故障處理的一般方法。
5 結(jié)束語
雷達(dá)液位計的良好應(yīng)用對石油液位的準(zhǔn)確計量甚為關(guān)鍵，特別是雷達(dá)液位計、執(zhí)行裝置與DCS/FCS 相結(jié)合的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的投運，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。
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