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          計量級雷達液位計在大型儲罐中的應用

          來源: 作者: 發布日期:2020-09-10 09:51:31

           摘 要 介紹了計量級雷達液位計的原理與結構,分析了計量級雷達液位計測量系統的組成和選型,指 出了安裝時的注意事項。

           
          大型儲罐是石油化工行業的重要組成部分, 是企業存儲、生產和運輸過程的重要環節,具有儲量大、占地面積廣及分布集中等特點。 大型儲罐是重大工業危險源,儲存的產品具有爆炸性和燃燒性,如果發生泄漏、火災及爆炸等安全事故, 將會造成重大人員傷害和財產損失。 液位是大型儲罐實時變化的重要參數,準確測量液位是大型儲罐生產和安全使用的非常重要環節。 計量級雷達液位計在大型儲罐中的應用優勢主要體現在安全節能、適用范圍廣及準確度高 等方面。 大型儲罐體積龐大,通常安置在室外,因 此對液位測量儀表的安裝和性能有較高要求。 計 量級雷達液位計是一種采用微波測量技術的非接觸式液位測量儀表,在大型儲罐的貿易計量中 使用廣泛。 
           
          1 計量級雷達液位計原理與結構 
          計量級雷達液位計是大型儲罐中液位測量的 核心傳感器,采用發射-反射-接收的工作模式。
           
          1.1 原理 
          計量級雷達液位計采用通過發射 FMCW(調 頻連續波)信號并接收相應的回波,處理后獲得 距離與速度信息的原理。 發射信號通過天線向外 輻射, 同時作為混頻器的基準信號解調回波信 號,測量信號頻率差,依據差值與到液體表面的 距離成比例從而計算出液位值。 雷達波形與測距 原理如圖 1 所示。
          雷達波形及測距原理
           
          計量級雷達液位計由收發模塊、 電源模塊、 天線、信號處理模塊及顯示模塊等單元組成。 收 發模塊產生 FMCW 信號,經環行器至天線向外輻 射,回波信號由天線接收,經環行器送到接收通 道,對回波信號進行諧波混頻、放大、濾波,產生差頻信號,將包含距離信息的信號經過 A / D 轉換成數字信號,送往信號處理模塊,信號經傅里葉變換、檢測處理等后,得到高精度的液位數據,通 過現場總線送到顯示單元和上位機[1]。 計量級雷達液位計數據處理流程如圖 2 所示。
          計量級雷達液位計數據處理流程
           
          1.2 結構
          雷達液位計的結構和工藝工況有很大關系, 選型時需綜合考慮介質的腐蝕性、粘稠性、結晶 特性、冷凝特性及揮發特性等。 雷達液位計主要 由電子控制單元和天線構成,無可動部分,不存 在機械磨損。 用于貿易計量時,需采用高精度、高 穩定性的計量級雷達液位計。 計量級雷達液位計 的結構關鍵是天線,其天線一般有以下 4 種[2]:
          a. 喇叭天線,適用于大部分罐區,安裝在罐頂或導波管上,聚焦特性好,測量范圍大;
          b. 導波管陣列天線,安裝在導波管內,適用于外浮頂的原油儲罐或內浮頂的成品油/化工品儲罐;
          c. 拋物面天線,適用于固定頂儲罐,粘稠和 嚴重凝結的產品,可用于瀝青、液態硫磺等惡劣的工況;
          d. LPG/LNG 天線,適用于 LPG/LNG 儲罐,測 量加壓或低溫液化氣的液位。
           
          2 計量級雷達液位計的應用
           
          2.1 配套儀表
          液位測量系統一般包括計量級雷達液位計、多 點溫度計、數據采集單元及現場通信單元等設備。
           
          多點溫度計可測量儲罐內多點溫度,利用現 場總線通信協議輸送測量數據。 數據采集單元可收集量值,如液位、溫度和 壓力,計算平均溫度、計量密度和容積表,不僅可 識別網絡中不同的現場設備并自動分配地址,還 能管理通信,監控所有設備狀態。 現場通信單元是一臺數據集中器,可通過數據采集單元連續查詢現場設備的數據。
           
          2.2 系統構成 
          液位測量系統通過現場總線儀表(如雷達液位計、多點溫度計)提供儲罐的溫度、液位信息, 并與 DCS 控制系統通信。 每個儲罐設置的測量系統由液位檢測單元、 數據采集單元和多點溫度計組成。 信號分組通過 接線箱以總線方式連接至機柜間的通信接口單 元,非常終接入計量管理計算機,通過計算將測量 的液位自動轉換為體積值或質量值,計量管理計 算機與 DCS 控制系統通信[3]。 每個儲罐的數據采集單元采用總線形式,與 采用傳統的模擬量儀表相比具有以下優勢:
           
          a. 避免了模擬量信號經過系統卡件的 A/D、D/A 轉換后精度損失, 現場顯示的數據和系統里 的顯示數據是一致的;
          b. 節約線纜,每個數據采樣單元只輸出一路 總線信號。 液位測量系統軟件可以分析液位的曲線圖, 查看設備和生產的實時/歷史運行情況。計量級雷達液位計自控系統如圖 3 所示[4]。 
          計量級雷達液位計自控系統
          3 計量級雷達液位計的安裝 
          計量級雷達液位計的正確安裝是保證高精 度測量的關鍵,安裝時需要注意以下因素:
          a. 遠離罐中心和物料進口,安裝在罐中心容 易造成接收不到回波,安裝在物料進口容易造成接收較多的虛假反射回波,計量級雷達液位計安裝位置應距離管壁約儲罐直徑的 1/5;
          b. 測量角范圍內不能有障礙物,計量級雷達液位計的測量原理決定了測量角范圍內不能有 障礙物;
          c. 避免強液位波動的場合, 當儲罐內介質有 較強的攪拌或化學反應時,應采用旁通管或導波 管的測量方式,保證雷達波能夠精確地測量出真實的液位。
           
          4 結束語
          計量級雷達液位計具有精度高、適用范圍廣 及安裝維護方便等特點,尤其適用于大型儲罐的連續液位高精度測量。 隨著科學技術的不斷發 展,計量級雷達液位計將會在大型儲罐的貿易計量方面得到廣泛的應用。

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