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国产雷达液位计在大型浮顶储罐上的应用
1.引言
在当前国际石油市场风云变幻的背景下,建设一定规模的石油储备,对于稳定能源市场供应,平抑油价供求异常波动将起到重要作用。我国目前已初步建立起石油战略储备系统,一批战略石油储备基地已基本建成并投入使用。在这些战略是由储备基地,基本上都采用10×10的4次方m³浮顶罐作为原油储罐,而储罐的液位数据无疑是储备库生产管理当中zui主要的生产数据。
目前大部分储罐采用了雷达液位计进行液位自动检测,本文结合已建的都善原油储备库大罐雷达液位计及附属设备选型和安装使用情况,对此类工程设计进行一些探讨。
 
2.雷达液位计的测量原理及特点
2.1雷达液位计测量原理
雷达液位计采用发射一反射一接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波,这些波经被测对象表面反射后,再被天线接收,电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比,关系式如下:
D-CT/2      (式1)
式中:
D—雷达液位计到液面的距离
C一光速
T一电磁波运行时间
雷达液位计记录脉冲波经历的时间,而电磁波的传输速度为常数,则可算出液面到雷达天线的距离,从而知道液面的液位。在实际运用中,雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计,功耗大,须采用四线制,电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计,功耗低,可用二线制的24VDC供电,容易实现本质安全,精确度高,适用范围更广。
2.2雷达液位计的特点
(1)雷达液位计采用一体化设计,无可动部件,不存在机械磨损,使用寿命长。
(2)雷达液位计测量时发出的电磁波能够穿过真空,不需要传输媒介,具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点,能用于挥发的介质如粗苯的液位测量。
(3)雷达液位计几乎能用于所有液体的液位测量,在实际应用中,几乎所有的介质都能反射足够的反射波。
(4)采用非接触式测量,不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。
(5)测量范围大,zui大的测量范围可达0~35m,可用于高温、高压的液位测量。
(6)天线等关键部件采用高质量的材料,抗腐蚀能力强,能适应腐蚀性很强的环境。
 
3.大型浮顶罐雷达液位计及辅助设备选型及安装
3.1浮顶罐雷达液位计的选择及安装
3.1.1雷达液位计天线的选择
雷达液位计有锥形天线、抛物面型天线、导波管阵列天线等多种天线类型可选,针对大型储备库采用的浮顶储罐,由于液体介质智商有钢制浮盘,且浮盘随液位上下浮动,如何才能透过浮盘来检测到罐内介质的液位,是液位仪表选型首先面对的问题。
根据以往普通拱顶储罐选型雷达液位计的经验,雷达液位计天线尺寸越大,其发射微博信号的能力越强,抗干扰能力就比较高,所以条件允许的情况下选用抛物面型天线会取得良好的检测效果。但抛物面天线要安装在离罐壁较远的位置,这样方面雷达波的传播和反射,防止进料口等处液位不稳定
位置对雷达检测产生干扰。浮顶储籀显然不适合使用抛物面型天线。而带有导波管的雷达天线无疑成了zui佳选择。原因如下:
(1)用导波管穿过浮盘,雷达液位计就可以直接对液位进行检测了。
(2)由于大型浮顶储罐内有旋转喷射器这样的搅拌装置,会使介质产生持续的涡流,从而使雷达波产生虚假的反射。
(3)浮顶储罐中心位置不可能安装雷达液位计,只能安装在罐壁附近,导波管可以消除罐壁对雷达波的影响,也可以减轻罐壁上进出液口对液位的扰动。
(4)导波管还可以起到汇聚雷达波的作用,增强检测可靠性。
既然决定采用导波管,就可以选用专用的导波管阵列天线了,相对于其他形式的天线,导波管阵列天线配套导波管的效果检测更好。
3.2雷达液位计供电电压选择
针对大型的原油储备库由于储罐直径大,造成库区面积很大,以部善原油储备库为例,尽管设置控制中心和远程控制单元,库区内仪表信号就近接入控制中心和远程控制单元,但是仍然有许多仪表信号电缆长度超过1K,线路压降很大。实际使用情况表明,24V直流电不足以驱动如此远距离外的
雷达液位计,导致雷达液位计出现了各种问题。所以必须选择220VAC供电的雷达液位计。
3.3浮顶罐雷达液位计的安装
雷达液位计型式选定后,新的问题出现了,即导波管如何在大型浮顶罐上安装。目前的大型浮顶原油储罐,包括5~15×10的4次方m³储罐,都是由位于罐体两侧的两根导向柱协助浮盘随液位上下浮动,导向柱同时起到防止浮盘转动和翻覆的作用,而且导向柱还起到量油孔的作用,操作人员可以
通过导向柱采用机械的方法手动测量液位。如果我们为了检测液位,在浮盘上再安装一根导波管,就相当于给浮盘又安了一个导向柱,这将有可能导致浮盘卡死无法上下浮动,显然行不通。
针对这样的情况,只有在导向柱上做文章才可行,都善原油储备库10×10的4次方m³储罐采用了两个DN400的导向柱,我们决定在其中的一根导向柱内安装一根DN200的导波管,安装见下图:
这样就解决了雷达液位的安装问题,同时另一根导向柱仍然可以起到手动量油的作用。
3.3多点温度计的选型和安装
大型浮顶储罐分层原油温度是重要的监控参数,为此需要采用软缆式多点温度计进行检测,此时将有同样的问题,即多点温度计如何在大型浮顶谴上安装。
根据目前的习惯做法,需要对液面以下每3米处的介质温度进行检侧,多点温度计采用Pt100铂热电阻作为测量原件,将多个热电阻集成在一根缆中,一般采用便于运输和安装的软缆式结构。为防止软缆漂浮移动或被意外割断,多点温度计也需要安装在一根金属套管内,鉴于前文说明的原因,这相当于又给储罐安装了一根导向柱,显然不可能。
根据这样的情况,我们决定把多点温度计也安装在导向柱内,将雷达液位计和多点温度计集成安装到同一根DN400的导向柱上,将DN200导波管在导向柱内靠一侧安装,利用DN200导波管和导向柱间的空间作为多点温度计的安装空间,这样一来,雷达液位计和多点温度计的安装都得到了解决。
3.4罐底水位检测
原油进入储罐后,随着存放时间的延长,原油中所含水分会逐渐分离出来并沉积与储罐底部。以10×10的4次方m³储罐为例,其直径达到80m,如果蒂底存有10mm高的水位,相当于存水50m³,如果存水达到1m,意味着罐内存水达到5000m³,如果是满罐的情况下,意味着库存5%的量是水而不是油。这对于百万方库存的原油储备库来说,是一个巨大的数字,如果不掌握储罐水位的数据,可能对储备库的生产管理产生很大的影响。可见大型储罐水位检测是十分重要的。
以往针对储罐水位检测一般选用侧装式或顶装式油水界面仪进行检测,如果采用侧装式油水界面仪,势必将在油罐底部增加开孔,进而牵涉到保温防冻的问题,如果采用顶装式油水界面仪,将会遇到与多点温度计同样的安装问题。因此选择了带有检测油水界面功能的多点温度计来检测罐底水位。

5.结束语
在鄯善储备库一期10座储罐上进行的雷达液位计选型和安装取得了成功,后续的10座储罐也沿用了同样的设计,实践证明检测效果十分理想,可以说为类似大型储罐液位、温度、水位的检测提供了解决方案,值得推广。
 


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