雷達液位計在罐區(qū)測量系統(tǒng)中的應用

為了滿足儲罐液位的計量精度與罐區(qū)安全運行的要求，采用雷達液位計測量罐內介質液位，并利用標準化的現(xiàn)場通信總線連接各個儲罐的罐旁指示儀，組成高精度罐區(qū)液位監(jiān)控系統(tǒng)，確保了液位測量系統(tǒng)的高可靠性和實效性。

恩賈梅納煉油廠（NRC）是中油國際（乍得）煉油公司和乍得共和國合資建設的煉油化工企業(yè)，煉廠設有7個罐區(qū)，共計61個儲罐。每個儲罐的容量較大，很小的液位測量誤差就會帶來很大的容量誤差。儲罐液位的精確測量與計量精度、安全密切相關，傳統(tǒng)方法已經(jīng)滿足不了測量精度要求，為此欲選用雷達液位計實現(xiàn)NRC儲罐液位的測量。隨著油品罐區(qū)的不斷擴大，罐區(qū)監(jiān)測點越來越多，每個儲罐上設有一個或多個傳感器，如雷達液位計、溫度計、平均溫度計及壓力變送器等，為了確保液位測量系統(tǒng)的高可靠性和實效性，決定利用標準化的現(xiàn)場通信總線連接各個儲罐的罐旁指示儀，組成高精度罐區(qū)液位監(jiān)控系統(tǒng)，為提高NRC的經(jīng)濟效益提供保障。

1罐區(qū)儀表選型

隨著儀表技術的發(fā)展，油品儲罐罐區(qū)液面測量逐漸由傳統(tǒng)機械式測量方式向智能化儀表測量方式轉變。E+H雷達液位計是一種“下探式”測量系統(tǒng)，探頭發(fā)出高頻脈沖在空間以光速傳播，當脈沖遇到物料表面時反射回來被儀表內的接收器接收，并將距離信號轉換為物位信號。E+H雷達液位計數(shù)字信號處理能力強大，具有抑制干擾回波的功能，保證邊緣、焊縫及虛假回波等因素產(chǎn)生的干擾回波不被當作物位回波處理，可以區(qū)分微弱的測量信號和很強的反射信號，避免干擾造成的測量誤差，完全可以滿足NRC工廠計量交接的測量精度要求。

考慮到安全性、測量精度和使用維護的方便性，NRC選用的雷達液位計包括FMR532型平面天線雷達液位計、FMP240型喇叭式雷達液位計、FMP40型纜式導波雷達液位計和NMS5系列智能型伺服液位計等。罐區(qū)雷達都采用本安防爆形式，具體安裝類型匯總。

1.1平面天線雷達液位計選型

外浮頂原油儲罐底部帶有加熱盤管，對原油進行加熱保溫，導致油品上下溫度不均，液位和溫度的測量精度對罐容計算結果影響較大。為此，選用精度±1mm的FMR532型平面天線雷達液位計和NMT539型平均溫度計，均安裝于儲罐的導波管上，導波管為DN300mm固定內徑的金屬管，并且在側壁對開出小于1/10管徑的圓孔用于排氣，要求孔間距離不小于30cm。FMR532型平面天線雷達液位計的平面天線實際上是由若干個小天線組成的天線陣列，由于其發(fā)射的雷達高頻波能量集中在導波管中間，與管壁接觸部分能量很小，因此受導波管粗糙內壁的影響很小，能夠很好地消除原油掛壁和焊縫拼接對液位測量的影響，具有更強抗干擾能力，提高了測量精度和可靠性。

NMT539型平均溫度計可以在比較大的范圍內進行溫度測量，包含十點的高精度Pt100測量元件，每點相距200cm。由于油罐中液體與空氣的溫差較大，將儀表讀取鉑電阻的測量值和溫度探頭的位置信息進行比較，可以準確判斷油罐中液體的位置，通過智能HART信號傳輸溫度探頭平均值，反映原油溫度的真實值，提高了原油罐區(qū)罐容的測量精度。

1.2喇叭式雷達液位計選型

重油罐區(qū)為常溫儲罐，而且儲罐尺寸相對較小，因此宜選用精度為±3mm的FMR240型喇叭式雷達液位計，該儀表具有小尺寸（40mm）喇叭天線，非常適合小型容器中物位的測量。采用點源發(fā)射方式，雷達波為發(fā)散的球面波，主要用于不需要設置導波管的拱頂罐的液位測量。24V（DC）電源由罐旁指示儀NRF590的本安接線腔供電，采用4～20mAHART兩線制技術，有效降低了布線成本。

1.3纜式導波雷達液位計選型

NRC較多罐區(qū)選用了FMP40型纜式導波雷達液位計，對輕油罐區(qū)、成品油（汽油、煤油、柴油等）罐區(qū)等介電常數(shù)較小的介質進行接觸式連續(xù)測量，能夠充分適應不同油品的介電常數(shù)。當液位計發(fā)出的雷達脈沖沿著鋼纜傳播，在遇到被測介質表面時，部分脈沖的反射波沿相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置，得到儲罐液位真實高度。

由于傳播損耗小，發(fā)射能量可較小，價格也比其他型式的雷達液位計便宜。由于纜式導波雷達液位計的天線伸入容器中容易受罐區(qū)介質物理性質影響，失去了非接觸的特點，需要正確選擇安裝位置，遠離中心點和進出管線，增加導波管保護等方式，安裝的導波管保持垂直和減少焊縫，避免造成雷達脈沖斜射到導波管的內壁，產(chǎn)生反射致使測量失真。同時設定罐底固定，保持纜繩垂直，避免擺動，防止與導波管末端接觸。正是因為有了這樣的導波纜，使得纜式導波雷達的測量不受介質種類變化的影響，不受溫度壓力的影響，不受氣相和液體表面泡沫的影響。

1.4伺服液位計選型

對于液化氣和丙烯球罐，液化氣球罐區(qū)一般是2000m3左右2.5MPa以下的高壓常溫球罐。因為液化氣和丙烯的介電常數(shù)很低（約1.3～1.4），雷達波會被吸收而發(fā)生衰減，當衰減過多時，雷達液位計接收不到足夠的信號，導致測量不準確，采用雷達液位計測量效果較差。NMS5智能型伺服液位計的測量是基于浮力平衡原理，因此低介電常數(shù)不受影響，安裝于球罐的DN100mm導波管上，在雷達與球罐導波管之間加裝一臺同徑手動球閥，日常維護和校正操作時利用視窗觀察輪轂和浮子移動。

2監(jiān)測系統(tǒng)構成

2.1罐旁指示儀

每個儲罐通過本安防爆HART通信協(xié)議將雷達液位計、溫度計、平均溫度計及壓力變送器等連接到罐旁指示儀NRF590的本安接線腔內，接線端子如圖1所示。通過HART協(xié)議采集所有與之相連的罐區(qū)儀表的測量值，并實時顯示測量值與自診斷信息等，方便巡檢人員在罐下檢查和操作。本安HART數(shù)字通信方式提高了安全性、可靠性和數(shù)據(jù)的有效性，降低了接線成本，簡化了全部儲罐傳感器的集成。罐旁指示儀通過通信總線接入機柜間，實現(xiàn)罐區(qū)液位數(shù)據(jù)的準確傳輸。NRF590不但作為現(xiàn)場儲罐的測量子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與維護中心，而且為現(xiàn)場多個儲罐提供集成通信。

2.2通信接口

罐區(qū)現(xiàn)場為總線結構，一個罐區(qū)內所有儲罐的NRF590采用ModbusRS485數(shù)字通信總線串聯(lián)連接，NRF590通過數(shù)字現(xiàn)場通信總線接入通信接口NXA820TankScanner，根據(jù)輸入的儲罐液位利用罐表把液位轉換為標準體積計量數(shù)據(jù)，上傳到控制室罐區(qū)管理系統(tǒng)，如圖2所示。現(xiàn)場總線網(wǎng)絡電纜規(guī)格為兩芯屏蔽雙絞線，節(jié)省了電纜，消除了數(shù)據(jù)傳輸誤差，提高了穩(wěn)定性。如汽油罐區(qū)的12具儲罐，01A儲罐使用modscan直接讀取罐旁指示儀數(shù)據(jù)，設定從站地址為1、波特率為9600、數(shù)據(jù)位8、檢驗位N、停止位1，Modbus寄存器地址40515對應液位、40521對應溫度，通過總線采集到NXA820通信接口。NXA820可接入15個節(jié)點ModbusRS485總線形式的罐區(qū)信號，即zui多15臺NRF590。由于其模塊化的結構，可以應用在小型或大型罐區(qū)，便于擴容和升級。

每個罐區(qū)配置一個通信接口NXA820實現(xiàn)各儲罐容量的計算，然后將這些罐區(qū)信息轉載到以太網(wǎng)工業(yè)交換機匯總到通信網(wǎng)關NXA822HostLink。搜集網(wǎng)絡上所有帶罐量計算功能的通信接口NXA820的罐表數(shù)據(jù)，通過NXA822將EthernetTCP/IP轉換成ModbusRS485數(shù)據(jù)傳輸至上位控制系統(tǒng)。通信網(wǎng)關NXA822作為Modbus從站設備時地址表可以通過XML描述，通過單獨的上位機主站請求可以很容易修改。用通信總線進行數(shù)據(jù)傳輸和罐區(qū)管理，保證了傳輸?shù)姆€(wěn)定性和數(shù)據(jù)精度。

3日常故障分析處理經(jīng)驗

雷達液位計是一種高精度智能型檢測儀表，具有在惡劣條件下能夠穩(wěn)定可靠工作、無可動部件且使用壽命長等優(yōu)點，但實際使用中會遇到不同的問題，針對日常出現(xiàn)故障總結如下經(jīng)驗。

如果正常運行中雷達液位計出現(xiàn)死值、大值等，雷達液位計自身出現(xiàn)故障保護，斷電重啟，重新上電后檢查。利用雷達的抑制干擾回波功能處理測量過程中的假回波，過濾掉虛假的反射波，把液面反射波檢測出來，保證準確測量。液位較低或無液位時容易產(chǎn)生液位波動、逐漸變大甚至大，可能由于某些工藝原因對雷達波產(chǎn)生了漫反射，使雷達脈沖出現(xiàn)很大衰減，拆卸查看天線的臟污和腐蝕情況并清洗污垢、處理結晶體或等工藝液位提高后觀察處理，建議將零點定在一定高度，要遠離低液位測量盲區(qū)。

導波纜不要彎曲過大，使用中要保證不產(chǎn)生毛刺、彎折和破損情況。如果使用過程中出現(xiàn)不變化的中間值，檢查纜繩，若發(fā)現(xiàn)這些問題可以進行更換。使用中，要盡量減少液位變化對導波纜的沖擊，適當情況下可以增加纜繩的配重，

保持纜繩垂直。

由于氣候原因，日常使用中要增加必要的遮陽罩，防水防曬，以延長顯示屏和電路板的使用壽命。日常維護時注意檢查雷達液位計接地完好和供電防雷柵，防止電壓短路的情況。通信總線要注意檢查主從設備完好，保持線路通暢，通信設備的協(xié)議設置等問題，避免影響罐區(qū)的測量。

4結束語

NRC罐區(qū)采用雷達液位計代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表，利用罐旁連接了多個儲罐傳感器和機柜上位機的數(shù)據(jù)傳輸，形成了罐區(qū)液位監(jiān)控系統(tǒng)。采用數(shù)字通信總線的形式，提高了傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，保障了罐區(qū)油品液位的準確測量和安全性，為煉廠的長周期平穩(wěn)運行奠定了基礎。