雷達液位計在重油罐液位計量上的應用案例分析：
石(shi)油(you)(you)(you)加工(gong)過程中(zhong)(zhong)會產生多種(zhong)產品，重(zhong)油(you)(you)(you)就(jiu)是(shi)其(qi)中(zhong)(zhong)一(yi)種(zhong)，它(ta)是(shi)原油(you)(you)(you)提取汽油(you)(you)(you)、柴油(you)(you)(you)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)剩余重(zhong)質油(you)(you)(you)，比(bi)(bi)重(zhong)一(yi)般(ban)在0.82～0.95，其(qi)成分主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)碳(tan)氫化(hua)合物(wu)，另(ling)外含有部分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)（約(yue)0．1～4％）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)硫黃及微量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)無(wu)機化(hua)合物(wu)。 其(qi)加工(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法目前主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)通過催化(hua)裂化(hua)等手(shou)段，將它(ta)轉化(hua)為分子量小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)油(you)(you)(you)，再(zai)重(zhong)新利(li)用(yong)。一(yi)般(ban)用(yong)于(yu)地(di)轉速大(da)馬力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)型柴油(you)(you)(you)機組，比(bi)(bi)如說(shuo)，大(da)型遠洋輪船上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，船舶柴油(you)(you)(you)機。其(qi)有密度大(da)、黏度大(da)、雜質多、儲存輸轉溫(wen)度高(gao)(gao)（高(gao)(gao)溫(wen)110℃）、油(you)(you)(you)品含水及蒸(zheng)汽量大(da)、進(jin)油(you)(you)(you)過程中(zhong)(zhong)易起(qi)泡沫等特點(dian)，給儲罐(guan)液(ye)(ye)位(wei)計量儀表的(de)(de)(de)(de)(de)(de)選用(yong)帶來很大(da)困難(nan)。對于(yu)重(zhong)油(you)(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)位(wei)測量一(yi)直是(shi)一(yi)個比(bi)(bi)較頭疼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)難(nan)題(ti)，多年來一(yi)直未(wei)得到有效解決，一(yi)直采用(yong)人(ren)工(gong)檢尺的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳統方法控制(zhi)儲罐(guan)液(ye)(ye)位(wei)。工(gong)人(ren)每天要(yao)(yao)沿15～23m高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)盤梯(ti)上下(xia)多次，忍(ren)受油(you)(you)(you)品高(gao)(gao)溫(wen)烘烤，勞動(dong)強度大(da)且(qie)不(bu)(bu)安(an)全。另(ling)外，由于(yu)人(ren)工(gong)監測的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)連續(xu)性，無(wu)法防范(fan)冒罐(guan)事故。因此，選用(yong)一(yi)種(zhong)實用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)位(wei)計量儀表刻不(bu)(bu)容緩。
本文通過(guo)對多年(nian)選用(yong)重油儲罐(guan)液位計(ji)量(liang)儀表失敗(bai)的分析，提(ti)出使用(yong)雷達(da)液位計(ji)應用(yong)于重油儲罐(guan)液位計(ji)量(liang)，很好地解決了問題，保(bao)證了儲罐(guan)的安全，取得了較好的社會效益。
一(yi)、液位儀表(biao)失效原(yuan)因分析
1. 浮(fu)子(zi)式液位儀(yi)、碼盤表、光(guang)導液位儀(yi)。這些儀(yi)表的(de)機(ji)(ji)械(xie)部分(fen)主部件(jian)都包括浮(fu)球(qiu)、鋼(gang)絲(si)或鋼(gang)帶(dai)等(deng)。這種機(ji)(ji)械(xie)傳動受(shou)重油(you)(you)(you)黏(nian)度影響大、浮(fu)子(zi)無法隨液面實時升降；其次由于重油(you)(you)(you)雜質多，儲罐底(di)為沉(chen)積油(you)(you)(you)泥(ni)，浮(fu)子(zi)到(dao)達(da)罐底(di)附近時極(ji)可能(neng)沉(chen)入油(you)(you)(you)泥(ni)中而(er)不能(neng)上浮(fu)；第三，冬季氣(qi)候寒冷(leng)，罐內(nei)蒸汽(qi)量大，排出(chu)后(hou)形成的(de)冷(leng)凝水使(shi)罐頂(ding)機(ji)(ji)械(xie)傳動部分(fen)凍凝不能(neng)計量。
2. 靜壓式(shi)液(ye)位儀表(biao)。此(ci)類代表(biao)的(de)差(cha)壓變送器(qi)是主(zhu)要部件(jian)，引壓元件(jian)毛細管常(chang)因為重(zhong)油黏度大、雜(za)質多而堵塞失靈。3. 國(guo)產(chan)雷達液(ye)位計使用失敗主(zhu)要原(yuan)因是技術不(bu)過關。重(zhong)油介電常(chang)數太(tai)低，進油時泡沫(mo)多造成雷達波衰減過大，向(xiang)天線的(de)反射量太(tai)小而測量不(bu)準。
二、新型雷達液位計選用
1. 新(xin)儀表選型儲油罐液位(wei)儀表的選用主(zhu)要考慮以下(xia)因(yin)素。
（1）油(you)罐(guan)大小。對(dui)于1 萬m3 的大中(zhong)型油(you)罐(guan)，應(ying)選擇(ze)科技含量較高的儀表(biao)；
（2）使(shi)用目的。對于直接(jie)售油(you)或進(jin)油(you)的油(you)罐(guan)，要選(xuan)用精度較高的液位計計量級而不是過程(cheng)監(jian)控級的儀表(biao)；
（3）儲存介質特(te)性。因介質黏度大、雜質多應選(xuan)用非(fei)接(jie)觸式儀表；
（4）操作(zuo)維護性。應盡量選用易操作(zuo)、易維護、易安裝、維護費用低(di)的儀表；
（5）數據傳(chuan)輸性能。要求儀表數據能遠傳(chuan)，接口要標準化(hua)。
2.雷達液位計工作原理
（1）測量原理雷達液位計是一種俯視式時間行程測量系統，用于測量從參考點（罐頂處）到介質液位表面的間距。一般雷達液位計的測量是通過天線發出微波，在被測介質液面產生反射，并被天線接收，通過電子線路轉換后送到微處理機對信號進行處理。雷達波傳導的距離由發射波與反射波的頻率計算，由于雷達波以光速傳播，對于油罐這種相對高度不大的測量對象而言，要求分辨率*，所以測量反射時間幾乎不可能。解決辦法是改變發射波頻率，測量發射波與反射波的頻率差，計算出雷達波傳輸的距離，這就是RTG 系列雷達液位計所采用的調頻連續波（ FMCW） 技術。液位的測量頻率通常在10GHz 附近，測量精度<±1mm。
（2）實(shi)用(yong)中(zhong)的問(wen)題
①重油(you)儲(chu)存、進(jin)油(you)溫(wen)度(du)高對儀表的影響(xiang)。由于雷達波傳播不需要空氣(qi)介質，因此其傳播速率幾乎不受(shou)溫(wen)度(du)變(bian)化的影響(xiang)。當t=500℃時(shi)，反射時(shi)間的變(bian)化為0.002%；t=2 000℃時(shi)，反射時(shi)間的變(bian)化遠小于0.003%，*適合對重油(you)高溫(wen)介質進(jin)行液位測量。
②重油罐內操作(zuo)(zuo)壓(ya)力的(de)影響(xiang)(xiang)。微波傳播幾乎不(bu)受空(kong)(kong)氣(qi)密(mi)度(du)變化(hua)(hua)的(de)影響(xiang)(xiang)，因(yin)此雷(lei)達(da)液位計(ji)能在真空(kong)(kong)或受壓(ya)狀(zhuang)態下正常工作(zuo)(zuo)，真空(kong)(kong)狀(zhuang)態下微波傳播速(su)率相對空(kong)(kong)氣(qi)狀(zhuang)態下僅變化(hua)(hua)0.002 9%；但當操作(zuo)(zuo)壓(ya)力高到(dao)某(mou)一范(fan)圍時(shi)，壓(ya)力對測量帶來的(de)誤差就不(bu)容忽視。現(xian)在推出的(de)雷(lei)達(da)液位計(ji)產品，允(yun)許壓(ya)力為(wei)6.4MPa，重油儲罐屬常壓(ya)，因(yin)此*適(shi)用。
③揮發性(xing)(xing)、介(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)常(chang)(chang)數(shu)(shu)、液面(mian)狀態等(deng)介(jie)(jie)(jie)質(zhi)(zhi)特性(xing)(xing)對(dui)(dui)(dui)測(ce)量(liang)(liang)的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)。易揮發性(xing)(xing)氣體和惰(duo)性(xing)(xing)氣體對(dui)(dui)(dui)雷達液面(mian)計(ji)的(de)測(ce)量(liang)(liang)均沒有(you)影(ying)響(xiang)(xiang)，因此重(zhong)油罐內的(de)蒸汽對(dui)(dui)(dui)測(ce)量(liang)(liang)無(wu)影(ying)響(xiang)(xiang)，但(dan)液體介(jie)(jie)(jie)質(zhi)(zhi)的(de)相對(dui)(dui)(dui)介(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)常(chang)(chang)數(shu)(shu)、湍流狀態、泡(pao)沫等(deng)被測(ce)介(jie)(jie)(jie)質(zhi)(zhi)特性(xing)(xing)，對(dui)(dui)(dui)微波信號(hao)的(de)衰減應引(yin)起足夠(gou)重(zhong)視(shi)。當介(jie)(jie)(jie)質(zhi)(zhi)的(de)相對(dui)(dui)(dui)介(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)常(chang)(chang)數(shu)(shu)小(xiao)到(dao)一(yi)定值(zhi)(zhi)時，雷達波的(de)有(you)效(xiao)反射信號(hao)衰減過大(da)，導致液位計(ji)無(wu)法正(zheng)常(chang)(chang)工作，因此介(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)常(chang)(chang)數(shu)(shu)必(bi)須(xu)大(da)于(yu)產(chan)品所要求的(de)小(xiao)值(zhi)(zhi)。隨著SAAB 產(chan)品應用經驗的(de)豐富和軟件處理技(ji)術(shu)(shu)的(de)不(bu)斷完善，RTG 系列的(de)有(you)些產(chan)品幾乎不(bu)受(shou)相對(dui)(dui)(dui)介(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)常(chang)(chang)數(shu)(shu)的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，如(ru)RTG 型產(chan)品已(yi)非(fei)常(chang)(chang)成功地應用于(yu)相對(dui)(dui)(dui)介(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)常(chang)(chang)數(shu)(shu)在1.2～1.9 之(zhi)間的(de)物(wu)料液位測(ce)量(liang)(liang)，重(zhong)油介(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)常(chang)(chang)數(shu)(shu)在3.5 左右，基(ji)本不(bu)影(ying)響(xiang)(xiang)儀(yi)表測(ce)量(liang)(liang)結(jie)(jie)果。另(ling)外，RTG 系列儀(yi)表微波發射角(jiao)僅9°，較一(yi)般儀(yi)表小(xiao)，也可(ke)有(you)效(xiao)防止油品液面(mian)泡(pao)沫的(de)散射作用，可(ke)以(yi)大(da)限度降低雷達波衰減，加之(zhi)*的(de)軟件處理技(ji)術(shu)(shu)，可(ke)以(yi)保證測(ce)量(liang)(liang)結(jie)(jie)果的(de)準(zhun)確性(xing)(xing)。
3. 測量系統控制原理
見圖1，安裝在罐底(di)的(de)(de)壓力變送器和罐頂的(de)(de)6鉑電阻溫度(du)、壓力變送器的(de)(de)信號(hao)匯入罐頂一次表，再匯入罐底(di)二次表。二次表是顯(xian)示單元，可顯(xian)示液位(wei)、溫度(du)、壓力等數據， 接(jie)入現(xian)場通信單元（FCU），計(ji)算機也接(jie)入FCU，對所有FCU 上的(de)(de)液位(wei)儀表進行管(guan)理(li)。
高精度(du)智(zhi)能(neng)靜壓(ya)(ya)(ya)(ya)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力變送(song)(song)器(qi)將(jiang)罐頂氣相壓(ya)(ya)(ya)(ya)力引至罐底壓(ya)(ya)(ya)(ya)力變送(song)(song)器(qi)（測總(zong)(zong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力）負壓(ya)(ya)(ya)(ya)接口，準確測出總(zong)(zong)的(de)儲罐液(ye)(ye)體(ti)壓(ya)(ya)(ya)(ya)強（或(huo)壓(ya)(ya)(ya)(ya)差△p），乘以(yi)罐底面積獲得(de)較高精度(du)的(de)儲液(ye)(ye)質量，然后根據(ju)雷達表測得(de)的(de)液(ye)(ye)位高度(du)計(ji)算(suan)出液(ye)(ye)體(ti)體(ti)積，再計(ji)算(suan)出液(ye)(ye)體(ti)密(mi)度(du)。因此這(zhe)一(yi)混(hun)合測量系統(tong)不僅能(neng)測得(de)儲罐液(ye)(ye)位和(he)油(you)溫，還可以(yi)計(ji)算(suan)出質量、體(ti)積和(he)密(mi)度(du)，以(yi)及這(zhe)些(xie)參(can)數的(de)瞬時值和(he)累計(ji)量，使用(yong)管理起(qi)來十分方便(bian)。
4. 儀(yi)表安(an)裝調試
雷(lei)達(da)表的(de)安裝(zhuang)非常(chang)簡單，選(xuan)擇(ze)方(fang)便觀察的(de)位置，不要安裝(zhuang)在湍流劇烈(lie)的(de)進油口(kou)上方(fang)，避開罐(guan)內固定目標，如盤管等(deng)即可(ke)。調試過程中(zhong)要選(xuan)好天線角度，保證雷(lei)達(da)波反射。
5. 管理軟件功能
隨儀表附(fu)帶的(de)計算(suan)機管理軟件運(yun)行(xing)于微軟Windows 操作(zuo)平臺(tai)，可對系(xi)統(tong)進(jin)行(xing)參數設(she)置，管理通信單元，計算(suan)質(zhi)量和流量，設(she)置報警點(dian)等。軟件界面(mian)顯示空(kong)尺（雷達表實(shi)測值，單位(wei)m）、液(ye)位(wei)（參考點(dian)高度- 空(kong)尺，單位(wei)m）、液(ye)面(mian)上升速率（m/h），罐內油品平均溫(wen)度（℃）、密度（t/m3）、流量等。
三(san)、使用效(xiao)果(guo)分析
雷達液位計投用(yong)后，對393 罐進行了標定(ding)，數(shu)據見表(biao)1。
表1 393 罐雷達液位計標定數據表單位：mm
靜測(ce)(ce)值是指正常進油(you)(you)(you)或發油(you)(you)(you)后(hou)，每兩(liang)小時(shi)關閉閥(fa)門一次，此時(shi)若進油(you)(you)(you)則(ze)將油(you)(you)(you)品(pin)改進其(qi)它罐，若發油(you)(you)(you)時(shi)則(ze)停(ting)止發油(you)(you)(you)。在這種情況下測(ce)(ce)得的值稱靜測(ce)(ce)值。關閉閥(fa)門是為了(le)消除(chu)兩(liang)種測(ce)(ce)量(liang)方式(shi)的時(shi)間(jian)差(cha)(cha)，這種方式(shi)給了(le)液面(mian)一定的穩定時(shi)間(jian)，測(ce)(ce)得數據誤(wu)差(cha)(cha)會小一些，可(ke)以作為計量(liang)過程(cheng)。
動測(ce)值(zhi)(zhi)是指進或發(fa)油過程(cheng)中在(zai)同一(yi)時刻（人(ren)為(wei)保(bao)證，時間誤(wu)差盡(jin)量小）所測(ce)得(de)的值(zhi)(zhi)。由于液面上(shang)升(sheng)或下降(jiang)沒有停止(zhi)，這種方式誤(wu)差較大，可(ke)以(yi)作為(wei)過程(cheng)監控(kong)。
標定結(jie)果表明，雷達(da)液位計(ji)的(de)測(ce)試數據具有非常好的(de)精度重復性，在儲(chu)罐停止作業的(de)情(qing)況下和人工檢尺的(de)精度比對在±4mm 以內；動(dong)態情(qing)況下也不超(chao)過(guo)±17mm，雷達(da)液位計(ji)可以測(ce)量(liang)儲(chu)罐內的(de)液位，能(neng)滿足重油儲(chu)罐過(guo)程監(jian)控和液位計(ji)量(liang)的(de)要求。
四(si)、效(xiao)益
1. 降(jiang)低(di)了勞動強(qiang)度。由于儀表(biao)精度很高(gao)，*測(ce)量要(yao)求，將原(yuan)來需(xu)要(yao)對(dui)動態罐(guan)每兩小時人工檢尺一次(ci)改為每班一次(ci)，大(da)大(da)降(jiang)低(di)了工人的(de)勞動強(qiang)度。
2. 降低了(le)罐(guan)區(qu)操作風(feng)險。一是工(gong)(gong)人上罐(guan)次(ci)數減少，減少了(le)人身(shen)安全事(shi)(shi)故；二是雷(lei)達液(ye)位(wei)(wei)計可以(yi)做到(dao)連續監測液(ye)位(wei)(wei)，消除人工(gong)(gong)檢尺只能兩小(xiao)時監測一次(ci)液(ye)位(wei)(wei)的(de)弊(bi)端，確保儲罐(guan)進油液(ye)位(wei)(wei)受控，基(ji)本杜(du)絕了(le)冒罐(guan)事(shi)(shi)故。
3. 減少了維修(xiu)次數，降低了維修(xiu)費(fei)(fei)用。采用雷達液位計(ji)以后(hou)，由于(yu)系非接觸測量(liang)，避(bi)免了因重油黏(nian)度大、雜質(zhi)多造成的對(dui)測量(liang)儀表的堵塞。另外系統抗腐(fu)蝕性強、易于(yu)清理、精度高(gao)、無可(ke)動部件(jian)、工作可(ke)靠、故障率(lv)低，可(ke)基(ji)本(ben)免于(yu)維修(xiu)。據(ju)統計(ji)，相對(dui)于(yu)靜壓(ya)測量(liang)系統可(ke)節約維修(xiu)費(fei)(fei)用達0.2 萬(wan)元/罐(guan)·年。
4. 軟件功(gong)能強大、實用，方便(bian)了操作(zuo)人(ren)員。隨機附帶的(de)計(ji)量(liang)(liang)管理系統不但可以在操作(zuo)室電(dian)腦(nao)上即時顯示液(ye)位高度，還可以顯示重油的(de)溫度、質量(liang)(liang)、體積等參數(shu)的(de)瞬(shun)時量(liang)(liang)和累計(ji)量(liang)(liang)，使用起(qi)來(lai)非常(chang)方便(bian)。
五(wu)、需要解(jie)決(jue)的問題(ti)
1. 重(zhong)油進(jin)(jin)油時(shi)的湍動(dong)和(he)泡沫對微(wei)波有散射和(he)吸收(shou)作用，會造成微(wei)波信號衰減，影響液位儀正常(chang)工作。因此應將進(jin)(jin)油溫度(du)(du)控(kong)制在100℃以(yi)下(xia)，防止罐(guan)底(di)水沸(fei)騰引起液面大幅度(du)(du)湍動(dong)和(he)大量起泡沫，做好儲罐(guan)脫水工作。
擴展閱讀：液(ye)位(wei)計銘(ming)宇自(zi)控
