儲(chǔ)罐是石油化工企業(yè)重要的組成部分，是企業(yè)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中基本且重要的環(huán)節(jié)。一般具有占地面積廣、儲(chǔ)存量大和布置密集的特點(diǎn)。儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的物質(zhì)通常有易燃易爆、易揮發(fā)和有毒等特性，一旦發(fā)生泄漏，揮發(fā)出的易燃易爆介質(zhì)遇明火或高溫物體，就有可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故，故石油化工的罐區(qū)大多被劃為高危險(xiǎn)區(qū)域［1，7］。

 

         作為石油化工儲(chǔ)罐實(shí)時(shí)變化的動(dòng)態(tài)參數(shù)，液位連續(xù)精確測(cè)量是罐區(qū)zui重要的監(jiān)控儀表，也是成品計(jì)量管理的重要參數(shù)。本文通過對(duì)罐區(qū)中常用的液位儀表測(cè)量方案進(jìn)行對(duì)比分析，從工程設(shè)計(jì)的角度敘述雷達(dá)液位計(jì)在罐區(qū)儲(chǔ)罐液位測(cè)量中的設(shè)計(jì)選型和安裝方案。

 

1罐區(qū)液位測(cè)量現(xiàn)狀

         罐區(qū)的液位測(cè)量具有測(cè)量范圍寬，測(cè)量精度要求高等特點(diǎn)。目前，在罐區(qū)液位測(cè)量中，主要采用伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等方案。

 

1.1伺服液位計(jì)

         主要是基于浮力平衡的原理進(jìn)行液位測(cè)量，由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)體積較小的浮子，浮子隨著被測(cè)介質(zhì)液位的變化而發(fā)生改變。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)液位變化時(shí)，浮子浮力也會(huì)發(fā)生變化。浮子作用于測(cè)量線上的重力在外輪鼓的磁鐵上產(chǎn)生力矩，從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化導(dǎo)致內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器的輸出電壓信號(hào)發(fā)生變化。其電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整浮子上下移動(dòng)達(dá)到新平衡點(diǎn)。伺服液位計(jì)是一種多參數(shù)測(cè)量?jī)x表，既可以測(cè)量液位也可以測(cè)量界面、溫度、壓力和密度等參數(shù)。伺服液位計(jì)采用磁耦合傳動(dòng)，機(jī)械部分與介質(zhì)相隔離，適用于潔凈介質(zhì)、輕質(zhì)油品和非腐蝕性輕質(zhì)烴類液體等儲(chǔ)罐的液位精確測(cè)量，不適用于粘度高的液體［2］。

 

1.2磁致伸縮液位計(jì)

         主要是利用磁致伸縮的物理特性進(jìn)行測(cè)量，采用沿著導(dǎo)桿滑動(dòng)的浮子隨介質(zhì)液位的變化而變化進(jìn)行液位測(cè)量。它適用于干凈的非結(jié)晶介

質(zhì)，不適用粘稠液體的液位測(cè)量［3］。

 

1.3雷達(dá)液位計(jì)

         主要是利用雷達(dá)波的測(cè)量原理，工作方式是向目標(biāo)介質(zhì)發(fā)射一個(gè)電磁波，電磁波接觸到目標(biāo)介質(zhì)后反射，由安裝在發(fā)射源的接收器接收反射波。雷達(dá)波從發(fā)射到接收的時(shí)間與其到液面的距離成正比，其關(guān)系式如下:

         式中，H為雷達(dá)波到液面的距離，m;c為光速，m/s;t為雷達(dá)波運(yùn)行時(shí)間，s。

 

         雷達(dá)液位測(cè)量包括非接觸式和接觸式液位測(cè)量。非接觸式雷達(dá)液位計(jì)(以下簡(jiǎn)稱雷達(dá)液位計(jì))的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，在使用過程中一般不會(huì)受到外界的影響。接觸式雷達(dá)液位計(jì)(導(dǎo)波雷達(dá))一般采用金屬導(dǎo)體來傳導(dǎo)微波，它的發(fā)射波會(huì)沿著導(dǎo)體向下傳播。信號(hào)能量損失小。測(cè)量不受安裝空間、粉塵和泡沫的影響。尤其適用于安裝測(cè)量空間小、罐內(nèi)帶攪拌、介質(zhì)波動(dòng)大的場(chǎng)合。非接觸式和接觸式雷達(dá)液位計(jì)選型時(shí)均需考慮介質(zhì)的腐蝕性和粘附性，腐蝕性和粘附性對(duì)液位計(jì)的影響相比之下非接觸式雷達(dá)液位計(jì)較小，導(dǎo)波雷達(dá)導(dǎo)液位計(jì)的波桿(纜)過長(zhǎng)時(shí)會(huì)增加安裝和維護(hù)的難度，雷達(dá)液位計(jì)的安裝和維護(hù)較方便。導(dǎo)波雷達(dá)導(dǎo)波桿(纜)根據(jù)工況固定不變，故一般不能互換使用，而雷達(dá)液位計(jì)不受此影響，可互換性強(qiáng)?？紤]到導(dǎo)波桿(纜)的受力情況以及導(dǎo)波雷達(dá)運(yùn)輸、安裝和維護(hù)，導(dǎo)波雷達(dá)的測(cè)量范圍一般不會(huì)很大，而雷達(dá)液位計(jì)不受此影響，測(cè)量范圍較大。

 

         隨著技術(shù)的進(jìn)步和不斷改進(jìn)，雷達(dá)液位計(jì)日漸經(jīng)濟(jì)合理。因其不受溫度、壓力、密度等因素的影響，可互換性強(qiáng)，測(cè)量范圍大等特點(diǎn)，近年來雷達(dá)液位計(jì)被應(yīng)用在越來越多的石油化工項(xiàng)目中。罐區(qū)常用儀表選型和適用條件見表1。

2雷達(dá)液位計(jì)的選型與安裝

2.1雷達(dá)液位計(jì)的選型

         雷達(dá)液位計(jì)適用于重質(zhì)油品、輕質(zhì)油品、烴類液體以及惡劣工況的儲(chǔ)罐液位連續(xù)測(cè)量。雷達(dá)液位計(jì)的選用和工藝工況有很大關(guān)系，選型時(shí)需綜合考慮介質(zhì)腐蝕性，粘稠性，結(jié)晶特性，冷凝特性，揮發(fā)特性，量程要求以及精度要求等。按照頻率的不同，雷達(dá)液位計(jì)可分為低頻雷達(dá)和高頻雷達(dá)。低頻雷達(dá)波束寬，穿透能力強(qiáng)，較適用于存在障礙物、湍流、冷凝、蒸汽、灰塵、污染物和泡沫的場(chǎng)合;高頻雷達(dá)頻率高，波長(zhǎng)短，發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)，測(cè)量精度高，較適合污濁、有涂層、結(jié)晶和腐蝕性場(chǎng)合。

 

         雷達(dá)液位計(jì)的選型關(guān)鍵是天線的選擇。天線的形式和材質(zhì)決定了雷達(dá)液位計(jì)的安裝、聚焦、靈敏度以及使用壽命等。根據(jù)工藝工況的要求，綜合考慮測(cè)量精度、測(cè)量范圍、儲(chǔ)罐類型和介質(zhì)特性等，選擇合適的雷達(dá)天線［4］。通常雷達(dá)天線形式有以下幾種:

 

         (1)桿狀天線:桿狀天線主要適用于腐蝕性介質(zhì)、冷凝、掛料的工況，固定頂罐、臥罐雷達(dá)液位計(jì)波束角范圍內(nèi)無障礙的液位測(cè)量，適用于小測(cè)量范圍的應(yīng)用場(chǎng)合。安裝管口尺寸較小，不受掛料和冷凝的影響，常見材質(zhì)為316L、PTFE。

         (2)喇叭天線:喇叭天線適用于大部分場(chǎng)合，安裝在罐頂或安裝導(dǎo)波管上，聚焦特性好，適用除瀝青、液態(tài)硫磺等惡劣工況外的大部分工況的應(yīng)用場(chǎng)合，測(cè)量范圍大。常見材質(zhì)為316L、PTFE、哈氏合金、鉭。

         (3)拋物面天線:拋物面天線既適用于液體，也適用于固料、粉塵以及漿液形介質(zhì)的測(cè)量。因它聚焦特性zui好，有較小的雷達(dá)波束，天線尺寸大，穩(wěn)定性好?？捎糜诰雀摺⑤^長(zhǎng)范圍的測(cè)量。拋物面天線是對(duì)污染zui不敏感的天線類型，可用于瀝青與液態(tài)硫磺等惡劣的工況［5，6］。常見材質(zhì)為316L、PTFE。若罐區(qū)液位儀表用于貿(mào)易計(jì)量或工藝有特殊要求選用計(jì)量級(jí)雷達(dá)時(shí)，需考慮高精度、高穩(wěn)定性的計(jì)量級(jí)雷達(dá)液位計(jì)，計(jì)量級(jí)雷達(dá)液位計(jì)天線一般有以下四種:

(1)拋物面天線:非常適合安裝于固定頂儲(chǔ)罐，適用于粘稠和嚴(yán)重凝結(jié)的產(chǎn)品。通常無需使儲(chǔ)罐停止運(yùn)行即可進(jìn)行安裝。

(2)喇叭天線:易于安裝在固定頂儲(chǔ)罐上。可測(cè)量除瀝青或類似產(chǎn)品除外的各種石油產(chǎn)品和化工品。通常無需使儲(chǔ)罐停止運(yùn)行即可進(jìn)行安裝。

(3)導(dǎo)波管陣列天線:安裝在導(dǎo)波管內(nèi)，適用于外浮頂?shù)脑蛢?chǔ)罐和內(nèi)浮頂?shù)钠?成品油儲(chǔ)罐。通常無需使儲(chǔ)罐停止運(yùn)行即可進(jìn)行安裝。

(4)LPG/LNG天線:用于測(cè)量加壓或低溫液化氣的液位。安裝時(shí)需使儲(chǔ)罐停止運(yùn)行。

 

2.2雷達(dá)液位計(jì)的安裝

         雷達(dá)液位計(jì)的正確安裝是保證液位高精度無故障測(cè)量的關(guān)鍵因素，雷達(dá)液位計(jì)安裝時(shí)需注意:

         (1)波束角范圍內(nèi)不能有障礙物:雷達(dá)液位計(jì)主要是采用發(fā)射－反射－接收的工作方式，為了精確的測(cè)量液位，應(yīng)避免在發(fā)射角范圍內(nèi)有造成反射的裝置，即在發(fā)射角范圍內(nèi)不能有障礙物。

         (2)遠(yuǎn)離進(jìn)出物料口和罐中心:安裝于進(jìn)料口上方的雷達(dá)液位計(jì)會(huì)接收到較多的虛假反射回波，且進(jìn)出物料口處的液位有波動(dòng)不穩(wěn)定，影響雷達(dá)液位計(jì)的準(zhǔn)確測(cè)量。為避免虛假回波的影響，傳感器不能安裝在罐中心也不能離罐壁很近，一般傳感器管口至罐壁的距離約為罐直徑的1/6。

         (3)應(yīng)避開強(qiáng)渦流的場(chǎng)合:當(dāng)工藝工況有較強(qiáng)的攪拌或較大的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，通常采用旁通管或?qū)Рü艿陌惭b方式，這樣測(cè)量的雷達(dá)波能夠準(zhǔn)確的反映出真實(shí)的液位。采用旁通管或?qū)Рü艿陌惭b方式時(shí)，導(dǎo)波管或旁通管要求內(nèi)表面平滑無毛刺，并開對(duì)稱的小孔，保證雷達(dá)回波準(zhǔn)確不產(chǎn)生干擾。

 

2.3雷達(dá)液位計(jì)配套儀表

         罐區(qū)的雷達(dá)液位計(jì)安裝于儲(chǔ)罐頂部，為方便現(xiàn)場(chǎng)操作人員巡檢，一般在地面配就地罐旁指示儀，作為液位測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視儀表。罐旁指示儀作為罐區(qū)液位測(cè)量系統(tǒng)的組成部分，采集與之相連的罐區(qū)儀表的測(cè)量值，并對(duì)罐區(qū)的各種測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和補(bǔ)償后，通過現(xiàn)場(chǎng)總線的方式與罐區(qū)管理系統(tǒng)連接。

 

3實(shí)際應(yīng)用

         某甲醇項(xiàng)目中有甲醇中間罐區(qū)和甲醇成品罐區(qū)兩個(gè)工段。涉及到的儲(chǔ)罐液位儀表的選型見表2(在常溫、常壓下，液位儀表形式均為雷達(dá)液位計(jì)(5400))。

         現(xiàn)場(chǎng)甲醇成品罐區(qū)上甲醇儲(chǔ)罐的計(jì)量級(jí)雷達(dá)液位計(jì)(5900S)見圖1(尚未接線)。該雷達(dá)液位儀表自使用已超過一年，儀表運(yùn)行良好，安全環(huán)保，幾乎零維護(hù)，收到了很好的效果。

4結(jié)語

         罐區(qū)作為石油化工裝置中重要的危險(xiǎn)源，為提高罐區(qū)安全保障要求，各級(jí)監(jiān)管部門對(duì)儲(chǔ)罐的液位測(cè)量和高低位超限安全聯(lián)鎖保護(hù)提出了嚴(yán)格要求。罐區(qū)液位儀表的高精度精確測(cè)量直接影響著罐區(qū)的安全保護(hù)系統(tǒng)。選擇合適的罐區(qū)液位計(jì)是提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性的重要因素。雷達(dá)液位計(jì)具有適用范圍廣，測(cè)量精度高，不接觸工藝介質(zhì)，安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于石油化工罐區(qū)的液位連續(xù)精確測(cè)量。隨著技術(shù)的進(jìn)步，雷達(dá)液位計(jì)必將在石油化工領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。

 

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