大型石油化工罐區(qū)儲罐液位儀表的設(shè)計及應(yīng)用

1、大型石油化工罐區(qū)儲罐液位儀表的設(shè)計及應(yīng)用 國內(nèi)外儲油罐常用的液位測量儀表有；浮體式液位計 差壓式液位計 磁致伸縮液位計 伺服式液位計 超聲波液位計 雷達液位計等等1。根據(jù)不同的測量原理和方法，每種測量儀表都有其自身的優(yōu)點及適合應(yīng)用工況罐區(qū)液位儀表的發(fā)展趨勢是高精度 多功能 高度自動化的方向發(fā)展，并且一些罐區(qū)包含給生產(chǎn)裝置供料的任務(wù)，因此必須要有較高測量精度及自動化程度 下面介紹兩種主要儲罐液位儀表的應(yīng)用。 1 雷達液位計 1.1 雷達液位計原理 發(fā)射 反射 接收是雷達液位計的基本工作原理。 雷達傳感器的天線以波束的形式發(fā)射電磁波信號，發(fā)射波在被測物料表面產(chǎn)生反射，反射回來的回波信號仍由天線接收

2、 發(fā)射及反射波束中的每一點都采用超聲采樣的方法進行采集 信號經(jīng)智能處理器處理后得出介質(zhì)與探頭之間的距離，送終端顯示器進行顯示 報警 操作等。 雷達液位計發(fā)射能量很低的極短的微波脈沖通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收 雷達波以光速運行 運行時間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號。一種特殊的時間延伸方法可以確保極短時間內(nèi)穩(wěn)定和精確的測量。 即使工況比較復(fù)雜的情況下，存在虛假回波，用最新的微處理技術(shù)和調(diào)試軟件也可以準(zhǔn)確的分析出物位的回波。 現(xiàn)有雷達液位計有兩種測量方法，一種是調(diào)頻連續(xù)波式，一種是脈沖式 調(diào)頻連續(xù)波是在頻域中進行信號分析，脈沖式是在時域中進行信號分析調(diào)頻連續(xù)波式精度高，脈沖式精度低。 近幾年石化行業(yè)

3、中雷達液位計的廣泛應(yīng)用跟雷達測量檢測方法的快速發(fā)展是分不開得，采用了罐底跟蹤技術(shù)的雷達液位計能準(zhǔn)確的檢測到更低介電常數(shù)的介質(zhì)的液位眾所周知，選擇雷達液位計的最重要的測量參數(shù)是介電常數(shù)。 1.2 雷達液位計的特點 雷達液位計最大的特點是在惡劣條件下功效顯著 無論是有毒介質(zhì)，還是腐蝕性介質(zhì)，也無論是固體 液體還是粉塵性 漿狀介質(zhì)，它都可以進行測量 在測量方面，具有以下特點 1.2.1 準(zhǔn)確度高 由于電磁波的特點，不受環(huán)境的影響 雷達液位計無任何零件與油罐內(nèi)的介質(zhì)接觸，不受溫度壓力 氣體的影響，可快速準(zhǔn)確地測量不同介質(zhì)的液位。 1.2.2 幾乎可以測量所有介質(zhì) 微波信號與可見光相似，可以穿透空間，其

4、反射功率取決于被測介質(zhì)的導(dǎo)電性和介電常數(shù) 介電常數(shù)越大，回波信號的反射效果越好 1.2.3 準(zhǔn)確且可靠性強 微波幾乎不受干擾，與測量介質(zhì)不直接接觸，幾乎可以被應(yīng)用于各種場合，如真空測量 液位測量或料位測量等 由于高級材料的使用，對情況極其復(fù)雜的化學(xué) 物理條件都很耐用，它可以提供準(zhǔn)確可靠 長期穩(wěn)定的模擬量或數(shù)字量的物位信號。 1.2.4 安全節(jié)能 微波的發(fā)射功率很小，最大為 0.03 mW/cm2，可被金屬容器外壁靜電屏蔽，因此可不受任何限制地應(yīng)用于各種場合，而且對人體無害。 1.2.5 適用范圍廣 從罐體的形狀來說，雷達液位計可以對球罐臥罐、柱形罐、圓柱椎體罐等的液位進行測量；從罐體功能來說，

5、可以對儲罐、緩沖罐、微波管、旁通管中的液位進行測量；從被測介質(zhì)來說，可以對液體顆粒 料漿等進行測量。 1.3 雷達液位計的應(yīng)用 雷達液位根據(jù)天線形式來分可以分為；錐體天線、拋物面天線、桿狀天線。 錐體天線適用于安裝在罐頂或安裝導(dǎo)波管上，適用大測量范圍的應(yīng)用場合 拋物面天線適用于液體與固料兩者的測量應(yīng)用 因它有最大的直徑，所以它有最窄的雷達波束，并可用于極長距離的測量拋物面天線也是對污染最不敏感的天線類型。它可用于具有嚴(yán)酷天線粘結(jié)液像瀝青與液態(tài)硫磺這樣的應(yīng)用工況。 桿狀天線天線的尺寸小，只有聚四氟乙烯材質(zhì)暴露在儲罐大氣中 桿狀天線適用于具有衛(wèi)生要求或腐蝕性化工物料的測量應(yīng)用。 在國內(nèi)比較知名的國

6、外品牌有SAAB KROHNE E+H ENRAF等等 這些品牌的產(chǎn)品的技術(shù)性能和特點有細(xì)微的不同，（例如使用的頻率不同）但原理基本相同。 SAAB的雷達采用調(diào)頻連續(xù)波式（FMCW）頻率為10 GHz 其分為輕型（Lite）標(biāo)準(zhǔn)型（Standard）和高精度型（Golg） 輕型精度是 10 mm，標(biāo)準(zhǔn)型精度是 10 mm，高精度型精度為 5 mm 兩線制或四線制2。 KROHNE 高端 OPTIWAVE7300 型雷達頻率為26 GHz，測量范圍小于10 m，精度為 3 mm 測量范圍大于 10 m，精度為 0.03% 兩線制。 E+H的調(diào)頻連續(xù)波式（FMCW ）雷達， Micropilost

7、 S FMR5XX系列，頻率為 10千兆赫（GHz）精度為3 mm 四線制。 ENRAF 的調(diào)頻連續(xù)波式（FMCW） SmartRadar雷達液位計是一個采用了數(shù)字平面技術(shù)（DPT）的智能雷達液位計，精度為 1 mm，四線制。 對于計量級高精度雷達液位計，測量原理采用調(diào)頻連續(xù)波式（FMCW） 除燃料油 瀝青等粘度大且易冷凝的儲罐采用拋物面天線外其它儲罐采用錐體天線 在內(nèi)浮頂罐設(shè)計有導(dǎo)波管，以達到儲罐液位的精確測量 并在地面設(shè)就地指示表，顯示液位值 方便現(xiàn)場操作人員巡檢。 1.4 雷達液位計的安裝 雷達液位計安裝時要距離罐壁一定的距離，應(yīng)避開加熱盤管及其罐的出入口，這樣測量的雷達波能夠準(zhǔn)確的反映

8、出真實的液位 錐體天線設(shè)有保護罩防止介質(zhì)冷凝影響測量 在內(nèi)浮頂儲罐上導(dǎo)波管要求內(nèi)表面平滑無毛刺，并開對稱的小孔 保證雷達回波準(zhǔn)確不產(chǎn)生干擾 燃料油的拋物面雷達開設(shè)在儲罐的透光孔上3。 2 伺服液位計 2.1 伺服位計原理 伺服式液位計一直被廣泛地用于儲罐液位的高精確度測量，因為它是一種多功能儀表，既可以測量液位也可以測量界面 密度和罐底等參數(shù)。 伺服式液位計基于浮力平衡的原理4，由微伺服電動機驅(qū)動體積較小的浮子，能精確地測出液位等參數(shù) 浮子用測量鋼絲懸掛在儀表外殼內(nèi)，而測量鋼絲纏繞在精密加工過的外輪鼓上；外磁鐵被固定在外輪鼓內(nèi)，并與固定在內(nèi)輪鼓的內(nèi)磁鐵耦合在一起。 當(dāng)液位計工作時，浮子作用于細(xì)

9、鋼絲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（霍爾元件）的輸出電壓信號發(fā)生變化。其電壓值與儲存于CPU中的參考電壓相比較。當(dāng)浮子的位置平衡時，其差值為零。當(dāng)被測介質(zhì)液位變化時，使得浮子浮力發(fā)生改變。其結(jié)果是磁耦力矩被改變，使得帶有溫度補償?shù)幕魻栐妮敵鲭妷喊l(fā)生變化。該電壓值與 CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動伺服電動機轉(zhuǎn)動，調(diào)整浮子上下移動重新達到平衡點。整個系統(tǒng)構(gòu)成了一個閉環(huán)反饋回路，其精確度可達 0.7 mm，而且，其自身帶有的掛料補償功能，能夠補償由于鋼絲或浮子上附著被測介質(zhì)導(dǎo)致的鋼絲張力的改變。 液位測量時液位的變化引起浮子浸

10、沒深度的變化，浮子所受的浮力同時也變化，浮力的變化被力傳感器檢測到。測量值和設(shè)定值之間的的偏差引起步進馬達位置的變化，升高和降低浮子的位置，直到測量值和設(shè)定值相等為止。為了避免振動，軟件還可以調(diào)整滯后作用和積分時間。這樣可以得到比較穩(wěn)定和精確的平均液位 步進馬達每旋轉(zhuǎn)一周大約使浮子上下移動 10 mm 每旋轉(zhuǎn) 1 周被分成200 步，因此每步相當(dāng)于0.05 mm 這直接決定了馬達的分辨率 同時不停地檢測步進馬達的位置。這是通過安裝在馬達軸上的獨特的碼盤來實現(xiàn)的。 2.2 伺服液位計的特點5 由于不存在滑輪 齒輪的摩擦力，測量精度很高（+0.7 mm） （2）由于幾乎沒有傳動部件，可靠性很高，故

11、障率比較低 （3）可測量液位 界位 介質(zhì)比重等參數(shù)，可與計算機聯(lián)網(wǎng)，具有很強的數(shù)據(jù)處理能力，經(jīng)運算處理可以給出油罐計量所需的各種參數(shù)，如液位、界位、體積、密度、水尺、質(zhì)量等。 （4）帶 4 個干接點輸出，可作為高低液位報警開關(guān)，參與聯(lián)鎖。 （5）可以與帶有 HART 功能的溫度變送器和壓力變送器通訊，把溫度 壓力信號一起通過總線傳到控制室集中顯示 也可以在地面的表頭上顯示液位值。 （6）在溫度較高，易產(chǎn)生揮發(fā)后冷凝物是粘性介質(zhì)的場合下，震動大的場合，不適合使用。 2.3 伺服液位計的應(yīng)用 在國內(nèi)比較知名的國外品牌有 E+H ENRAF這兩個品牌的產(chǎn)品的技術(shù)性能和特點有細(xì)微的不同，但原理基本相同

12、。 罐區(qū)的大型儲罐常用伺服液位計（帶干接點輸出用于聯(lián)鎖） 但一些粘度大和宜冷凝的介質(zhì)采用了其它液位測量和聯(lián)鎖報警。例如高芳烴 、烷烴和燃料油高低液位的報警采用了音叉式液位開關(guān)，并參與聯(lián)鎖。由于伺服液位計價格比較昂貴，污油罐沒有采用伺服液位計，而采用的音叉液位開關(guān)。 伺服液位計在拱頂罐上安裝時無特殊要求，但在內(nèi)浮頂罐上安裝時需設(shè)導(dǎo)波管或?qū)蜾摻z 導(dǎo)波管要求內(nèi)表面平滑無毛刺，并開對稱的小孔。保證浮子不會卡在某一位置，保證導(dǎo)波管內(nèi)液位與儲罐的液位一致。導(dǎo)波管必須垂直安裝。安裝液位計的法蘭應(yīng)保持水平 正確的安裝是良好使用的關(guān)鍵。 如果伺服液位計被安裝在密封罐上時，可以在罐和液位計之間安裝一個合適的球閥 保證罐的密閉性 考慮有毒介質(zhì)苯和低溫苯乙烯的儲罐使用球閥