纜式雷達(dá)液位計(jì)
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)是基于時(shí)間行程原理的測量儀表,雷達(dá)波以光速運(yùn)行,運(yùn)行時(shí)間可以通過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號,導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)探頭發(fā)出高頻脈沖并沿纜式或桿式探頭傳播,當(dāng)脈沖遇到物料表面時(shí)反射回來被儀表內(nèi)的接收器接收,并將距離信號轉(zhuǎn)化為物位信號。
測量原理:
導(dǎo)波雷達(dá)發(fā)出的高頻微波脈沖沿著探測組件(鋼纜或鋼棒)傳播,遇到被測介質(zhì),由于介電常數(shù)突變,引起反射,一部分脈沖能量被反射回來。發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間間隔與被測介質(zhì)的距離成正比。
特點(diǎn):
由于采用了*的微處理器和*的EchoDiscovery回波處理技術(shù),導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)可以應(yīng)用于各種復(fù)雜工況。
多種過程連接方式及探測組件的型式,使得31X系列導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)適用于各種復(fù)雜工況及應(yīng)用場合,如:高溫、高壓及小介電常數(shù)介質(zhì)等。
采用脈沖工作方式,導(dǎo)波雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射功率極低,可安裝于各種金屬、非金屬容器內(nèi),對人體及環(huán)境均無傷害。
類型:
實(shí)物圖片:
雷達(dá)液位計(jì)在化工罐區(qū)儲罐液位測量中的應(yīng)用:
罐區(qū)是石油化工企業(yè)的重要部分,液位是罐區(qū)的關(guān)鍵參數(shù),本文通過對比分析石油化工罐區(qū)中常用的液位測量方案,總結(jié)雷達(dá)液位計(jì)在石油化工罐區(qū)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢,重點(diǎn)敘述在化工罐區(qū)中雷達(dá)液位計(jì)的選型設(shè)計(jì)和安裝要求,以確保罐區(qū)液位的高精度*測量。
儲罐是石油化工企業(yè)重要的組成部分,是企業(yè)生產(chǎn)、儲存和運(yùn)輸過程中基本且重要的環(huán)節(jié),一般具有占地面積廣、儲存量大和布置密集的特點(diǎn),儲罐儲存的物質(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。
作為石油化工儲罐實(shí)時(shí)變化的動態(tài)參數(shù),液位連續(xù)測量是罐區(qū)*重要的監(jiān)控儀表,也是成品計(jì)量管理的重要參數(shù),本文通過對罐區(qū)中常用的液位儀表測量方案進(jìn)行對比分析,從工程設(shè)計(jì)的角度敘述雷達(dá)液位計(jì)在罐區(qū)儲罐液位測量中的設(shè)計(jì)選型和安裝方案。
1罐區(qū)液位測量現(xiàn)狀
罐區(qū)的液位測量具有測量范圍寬,測量精度要求高等特點(diǎn),目前,在罐區(qū)液位測量中,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)行液位測量,由伺服電動機(jī)驅(qū)動體積較小的浮子,浮子隨著被測介質(zhì)液位的變化而發(fā)生改變,當(dāng)被測介質(zhì)液位變化時(shí),浮子浮力也會發(fā)生變化,浮子作用于測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發(fā)生變化,其電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動,調(diào)整浮子上下移動達(dá)到新平衡點(diǎn)。伺服液位計(jì)是一種多參數(shù)測量儀表,既可以測量液位也可以測量界面、溫度、壓力和密度等參數(shù),伺服液位計(jì)采用磁耦合傳動,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)烴類液體等儲罐的液位精que測量,不適用于粘度高的液體。
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)行測量,采用沿著導(dǎo)桿滑動的浮子隨介質(zhì)液位的變化而變化進(jìn)行液位測量,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量。
1.3雷達(dá)液位計(jì)
主要是利用雷達(dá)波的測量原理,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)液位測量包括非接觸式和接觸式液位測量,非接觸式雷達(dá)液位計(jì)(以下簡稱雷達(dá)液位計(jì))的結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,在使用過程中一般不會受到外界的影響。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)射波會沿著導(dǎo)體向下傳播。信號能量損失小,測量不受安裝空間、粉塵和泡沫的影響,尤其適用于安裝測量空間小、罐內(nèi)帶攪拌、介質(zhì)波動大的場合,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)過長時(shí)會增加安裝和維護(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)的測量范圍一般不會很大,而雷達(dá)液位計(jì)不受此影響,測量范圍較大。
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。
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罐液位連續(xù)測量。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、污染物和泡沫的場合;高頻雷達(dá)頻率高,波長短,發(fā)射的信號強(qiáng),測量精度高,較適合污濁、有涂層、結(jié)晶和腐蝕性場合。
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,綜合考慮測量精度、測量范圍、儲罐類型和介質(zhì)特性等,選擇合適的雷達(dá)天線,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)無障礙的液位測量,適用于小測量范圍的應(yīng)用場合。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)用場合,測量范圍大。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)的測量。因它聚焦特性*好,有較小的雷達(dá)波束,天線尺寸大,穩(wěn)定性好??捎糜诰雀?、較長范圍的測量,拋物面天線是對污染*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)量級雷達(dá)時(shí),需考慮高精度、高穩(wěn)定性的計(jì)量級雷達(dá)液位計(jì),計(jì)量級雷達(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罐,適用于粘稠和嚴(yán)重凝結(jié)的產(chǎn)品,通常無需使儲罐停止運(yùn)行即可進(jìn)行安裝。
(2)喇叭天線:易于安裝在固定頂儲罐上,可測量除瀝青或類似產(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)脑蛢藓蛢?nèi)浮頂?shù)钠?成品油儲罐,通常無需使儲罐停止運(yùn)行即可進(jìn)行安裝。
(4)LPG/LNG天線:用于測量加壓或低溫液化氣的液位,安裝時(shí)需使儲罐停止運(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*測量的關(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,為了精卻的測量液位,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不穩(wěn)定,影響雷達(dá)液位計(jì)的準(zhǔn)確測量。,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)安裝于儲罐頂部,為方便現(xiàn)場操作人員巡檢,一般在地面配就地罐旁指示儀,作為液位測量的現(xiàn)場監(jiān)視儀表。罐旁指示儀作為罐區(qū)液位測量系統(tǒng)的組成部分,采集與之相連的罐區(qū)儀表的測量值,并對罐區(qū)的各種測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和補(bǔ)償后,通過現(xiàn)場總線的方式與罐區(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)。
現(xiàn)場甲醇成品罐區(qū)上甲醇儲罐的計(jì)量級雷達(dá)液位計(jì),該雷達(dá)液位儀表自使用已超過一年,儀表運(yùn)行良好,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)保障要求,各級監(jiān)管部門對儲罐的液位測量和高低位超限聯(lián)鎖保護(hù)提出了嚴(yán)格要求,罐區(qū)液位儀表的高精度測量直接影響著罐區(qū)的保護(hù)系統(tǒng),選擇合適的罐區(qū)液位計(jì)是提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性的重要因素。,雷達(dá)液位計(jì)具有適用范圍廣,測量精度高,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)精卻測量,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。