一、前言

         石油貿(mào)易過程中用于交接計量的儲罐液位自動計量系統(tǒng)是國內(nèi)外石油買賣中的通用設(shè)備，其中zui常用的是混合式油罐測量系統(tǒng)，在混合式油罐測量系統(tǒng)中使用zui多的液位計是SC雷達(dá)液位計。這種液位計的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)中不存在活動部件，這樣就不會產(chǎn)生機(jī)械磨損，液位計的使用壽命較其他產(chǎn)品更長，能夠達(dá)到十年及以上，使用環(huán)境需求小，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)測量。

 

二、雷達(dá)液位計的應(yīng)用原理

         雖然非接觸式的雷達(dá)液位計能夠極大程度的滿足石油貿(mào)易交接過程，精度上能夠達(dá)到±1mm，但是使用的測量原理基本歸為兩種：

 

         1.基于時間差法。這種方法利用的原理是當(dāng)天線發(fā)射出電磁波后，電磁波以光速傳播，當(dāng)電磁波與液面接觸后就會發(fā)生波的反射，根據(jù)滯后時間與傳播距離之間的關(guān)系就可以換算出距離參數(shù)。雷達(dá)液位計就是利用這個原理測量電磁波發(fā)射到接收之間的時間差來確定發(fā)射面與反射面之間的距離的。

 

         2.復(fù)合調(diào)頻式原理。這種方法同樣是將信號通過天線發(fā)射，使用的信號有所不同，采用線性調(diào)頻的等幅微波信號，發(fā)射信號在被測面上被反射回來，出現(xiàn)一定的時間差，之后儀表接收到發(fā)射的微波信號，這些反射信號會與發(fā)射信號之間混合，根據(jù)混合信號的頻率就可以判斷發(fā)射面與被測面之間的距離。因此雷達(dá)液位計指需要設(shè)置固定的頻率和頻偏，根據(jù)測量得到的混合微波信號頻率就可以測出距離。

 

         現(xiàn)有的雷達(dá)液位計主要就是利用以上兩種原理，根據(jù)這些原理使得雷達(dá)液位計具有其他測量儀表所無法媲美的優(yōu)勢，得到了廣大油田企業(yè)的一致認(rèn)可。這些優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在第一點(diǎn)雷達(dá)液位計能夠?qū)崿F(xiàn)一體化的機(jī)械設(shè)計，減少了使用中的損耗，因此雷達(dá)液位計的使用年限都很長，一般都能夠達(dá)到10年以上的使用壽命，并且在使用中能夠保證使用精度和效率。第二點(diǎn)雷達(dá)液位計原理中所使用的電磁波，經(jīng)天線發(fā)射出來以后就能夠直線傳播，中間過程中不會被其他介質(zhì)阻礙而影響電磁波的傳播導(dǎo)致測量失真，只有碰到了液面時才會被發(fā)射，這樣就極大程度的提高了雷達(dá)液位計的測量精度。第三點(diǎn)是雷達(dá)液位計具有較寬的測量范圍。根據(jù)現(xiàn)有的雷達(dá)液位計產(chǎn)品數(shù)據(jù)，測量范圍zui大的能夠?qū)崿F(xiàn)35米左右的精確測量，并且能夠在高溫高壓下進(jìn)行使用。第四點(diǎn)是雷達(dá)液位計中zui重要的天線設(shè)備在材料選擇上，考慮了使用環(huán)境的苛刻條件，通常選用耐高溫、抗腐蝕的高質(zhì)量材料，保證了雷達(dá)液位計在苛刻的環(huán)境中能夠正常使用。

 

三、雷達(dá)液位計在使用中的影響因素

         在使用過程中必須充分考慮雷達(dá)液位計的影響因素，這樣才能夠在使用時避免這些影響因素帶來的誤差，或者在誤差分析中予以考慮。

 

1.溫度因素對雷達(dá)液位計的影響

         溫度因素對雷達(dá)液位計的影響較小，因為雷達(dá)天線發(fā)射的電磁波的傳播速度不受環(huán)境溫度變化的影響，只有液面的溫度發(fā)生變化時，才能夠引起電磁波發(fā)射速度的變化，從而影響雷達(dá)液位計的測量準(zhǔn)確性。

 

2.壓力因素對雷達(dá)液位計的影響

         雷達(dá)液位計使用環(huán)境中的另一重要因素就是壓力。雖然電磁波傳播時不會受到壓力變化的影響，及時在真空狀態(tài)下其傳播速度的變化也僅僅與常壓相比差0.029%。然而這種壓力的影響會隨著壓力增高而加劇，當(dāng)使用環(huán)境的壓力高于某一值時，壓力就會對雷達(dá)液位計的測量效果產(chǎn)生很大的影響。

 

3.液面性質(zhì)對雷達(dá)液位計的影響

         液面性質(zhì)包含很多內(nèi)容，其中相對介電常數(shù)、界面穩(wěn)定程度和氣泡等因素都會對雷達(dá)發(fā)射的信號產(chǎn)生干擾，使得雷達(dá)液位計無法正常使用或測量失真。因此當(dāng)儲罐內(nèi)部的液面穩(wěn)定時，測量得到的結(jié)果相對較準(zhǔn)，一旦出現(xiàn)罐內(nèi)液體的晃動，或者有液體流入流出造成的液面波動，甚至由此產(chǎn)生的沸騰或攪渾等都將使液體界面無法準(zhǔn)確測量。電磁波的傳播雖然對溫度和壓力的反饋較小，但是對于介質(zhì)的介電常數(shù)卻十分敏感，電磁波的衰減率將隨著介電常數(shù)的降低而增加，由于衰減率增大而造成反射率變小，也就是說介電常數(shù)小時，電磁波的反射能力弱，信號強(qiáng)度也隨之降低。一旦介電常數(shù)小到一定范圍時，雷達(dá)液位計的儀表就不能夠接收到被削弱的反射信號，再結(jié)合發(fā)射信號的干擾，就無法進(jìn)行準(zhǔn)確的距離測量了。這種對介電常數(shù)要求的值將會根據(jù)不同雷達(dá)液位計而不同，其中介電常數(shù)要求較小的雷達(dá)液位計也具有更高的技術(shù)性，SAAB雷達(dá)液位計正是一種測量相對介電常數(shù)只有1.2的高科技雷達(dá)液位計。除了介電常數(shù)以外沸騰或攪渾都會使得被測界面不穩(wěn)定，可以通過改變儲罐內(nèi)部的結(jié)構(gòu)或者設(shè)置導(dǎo)波管來降低這種干擾，保證雷達(dá)液位計的正常使用。

 

四、雷達(dá)液位計在液化氣儲罐上的應(yīng)用

1.雷達(dá)液位計的參數(shù)設(shè)置

(1)安裝

         因為ROSEMOUNT雷達(dá)液位計都采用分體式，所以在安裝上相對來說比較簡單。該液位計的安裝方式主要分為兩大類。

         ①機(jī)械安裝：其通過天線法蘭或者螺紋的形式完成其導(dǎo)波管之間的固定，同時注意剔除外界干擾物的影響。天線的作用是隔離介質(zhì)和雷達(dá)表頭，注意進(jìn)行安裝時需要在配對法蘭之間添加墊片，以免內(nèi)部介質(zhì)出現(xiàn)泄露。

         ②電子安裝：其包括電源和信號設(shè)備的線路連接，常用的雷達(dá)接線方式有兩種:防爆接法和本安接法，防爆接法需要用到兩根電源線和信號線;本安接法則由本安輸出、繼電器輸出、模擬輸入和現(xiàn)場顯示單元(DAu)四部分構(gòu)成。

 

(2)組態(tài)

         組態(tài)相對比較復(fù)雜，ROSEMOUNT組態(tài)主要采用Tankmaster軟件。一般用戶只需設(shè)置幾個關(guān)鍵的參數(shù)：罐高、量程(液位計量程必須{~InCS設(shè)成一致，否則DCS上顯示的液位就會和雷達(dá)不匹配)、介電常數(shù)、盲區(qū)、所使用的天線類型和尺寸，其余參數(shù)已經(jīng)在出廠時已經(jīng)設(shè)置，用戶按默認(rèn)即可，詳細(xì)設(shè)置請參考相關(guān)資料。

 

2.在液化氣儲罐上的應(yīng)用

         液位數(shù)據(jù)是通過雷達(dá)液位計來完成收集的，進(jìn)而再將數(shù)據(jù)信息輸入信號處理處理模塊中，完成初步的處理，將其傳遞到中控室，進(jìn)而經(jīng)Dcs和TankMarster系統(tǒng)的分析完對罐區(qū)液位的實時管控。即將區(qū)域內(nèi)所有液位信號搜集并傳遞至現(xiàn)場總線接口單元(FCU)，然后再送至機(jī)柜(采取本安隔離，必須經(jīng)過安全柵的篩選，才可將其送至DCS的I／O端子)。DCS和TankMarster系統(tǒng)可以將實時數(shù)據(jù)以視覺形式傳遞給管理人員，完成對罐區(qū)介質(zhì)液位的實時管控。

 

五、雷達(dá)液位計的選型和使用注意事項

         雷達(dá)液位計具有很多種類型的設(shè)計，主要區(qū)別在于天線的設(shè)計差異，在使用時需要根據(jù)被測介質(zhì)的性質(zhì)、儲罐結(jié)構(gòu)、使用溫度和使用壓力等進(jìn)行選型。SAAB雷達(dá)液位計有以下幾種常見的類型，如喇叭形（錐形）天線雷達(dá)液位計、拋物面天線雷達(dá)液位計、導(dǎo)波管陣列（平面）天線雷達(dá)液位計和棒狀天線雷達(dá)液位計等。

 

         在zui常使用的拱頂罐中多選用喇叭形（錐形）天線雷達(dá)液位計，這種雷達(dá)液位計在使用時不需要導(dǎo)向管，安裝位置能夠接近罐壁，可以達(dá)到較高的測量精度。但是當(dāng)拱頂罐內(nèi)的介質(zhì)粘度大，且使用時需要進(jìn)行加熱時就應(yīng)該選擇拋物面天線雷達(dá)液位計，這種液位計具有較強(qiáng)的抗粘連能力，使用時不需要配合導(dǎo)波管使用。對于浮頂罐選擇雷達(dá)液位計時工程中較多選擇平面天線雷達(dá)液位計，這種液位計主要安裝在油罐的導(dǎo)波管上。高壓球罐則選擇加長喇叭口天線雷達(dá)液位計，使用時還配合導(dǎo)波管以及一體化球閥，這些都為了提高雷達(dá)液位計在帶壓狀態(tài)下的可維護(hù)性。在SAAB雷達(dá)液位計使用的過程中還應(yīng)該注意以下內(nèi)容：

 

         1.雷達(dá)液位計不能夠安裝在儲罐頂部的中心處，主要原因是天線發(fā)射的電磁波是球面?zhèn)鞑?，整個罐內(nèi)空間都存在電磁波，那么罐壁和罐底反射回來的電磁波就會干擾液面反饋的電磁波，使得測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

 

         2.在使用喇叭天線雷達(dá)液位計時應(yīng)該注意天線的安裝，至少需要伸出接管10mm，如果目前的使用條件無法滿足，就應(yīng)該考慮使用天線延伸管。

 

         3.應(yīng)該根據(jù)雷達(dá)液位計的天線形式選擇安裝位置以及配套的導(dǎo)波管等設(shè)備，不能有所省略，否則將會影響測量的精確度。

 

         4.由于雷達(dá)液位計主要由天線和電子元件組成，活動部件少，因此日常維護(hù)僅需注意定期檢查和清理即可。

 

六、結(jié)論

         通過本文的分析可以看出，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展而需求不斷擴(kuò)大的石油開采，必須對石油的儲存和運(yùn)輸做好保衛(wèi)工作，其中石油儲罐作為重要設(shè)備應(yīng)該保證其使用的安全，SAAB雷達(dá)液位計能夠?qū)κ蛢拗械囊何贿M(jìn)行準(zhǔn)確測量，同時具有較高的測量精度，使用壽命高等特點(diǎn)，可以從根本上保證石油儲罐的使用需求，也將有更加曠闊的使用空間。