淺析石油化工儲罐液位儀表的設(shè)計與實際應(yīng)用

裴冬冬　牛瑞慶

摘要：通過介紹石油化工儲罐雷達液位表的設(shè)計作為實例，著重對其設(shè)計的原理、特點以及實際安裝應(yīng)用進行論述。為我國石油化工儲罐液位儀表的設(shè)計與實際應(yīng)用提供一定的實踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：石油化工儲罐液位儀表設(shè)計與實際應(yīng)用

中圖分類號：TE972.07 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（c）-0081-01

隨著我國石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，石油化工儲罐液位儀表也朝著高度自動化、多功能與高精度不斷發(fā)展。常見的石油化工儲罐液位測量儀表包括雷達液位計、超聲波液位計、伺服式液位計、磁致伸縮液位計、差壓式液位計、浮體式液位計等。

1石油化工儲罐雷達液位儀表的設(shè)計

1.1 設(shè)計原理

雷達液位計的工作原理就是發(fā)射-反射-接收。雷達傳感器天線將電磁波信號以波束形式進行發(fā)射，在被測物料的表面，發(fā)射波會產(chǎn)生反射現(xiàn)象，同時天線將反射的回波信號進行接收。而對于發(fā)射與反射波束的采集，則利用超聲采樣的措施實現(xiàn)。智能處理器將接收到的信號進行處理后，計算得到探頭與介意的間距，而后在終端顯示器將處理結(jié)果進行操作、報警、顯示等。由于雷達液位計所發(fā)送的微波脈沖的特點是能量低、極短且以光速運行，其運行的時間能夠借助電子部件轉(zhuǎn)化為物位信號，從而在短時間內(nèi)保證其測量的精確性與穩(wěn)定性。如果在處理較為復(fù)雜的工作情況時，即使有虛假回波存在，也能夠利用調(diào)試軟件與微處理技術(shù)將物位回波準確的分析出來。

目前雷達液位計的測量方法分為兩種，一是脈沖式；二是調(diào)頻連續(xù)波式。前者在時域中實現(xiàn)信號分析且精度較低，后者在頻域中實現(xiàn)信號分析且精度較高。

1.2 雷達液位計的優(yōu)點

在惡劣工作條件下能夠?qū)崿F(xiàn)精確的測量是雷達液位計的最大優(yōu)點，不管是漿狀、粉塵狀、液體還是固體或是介質(zhì)具有腐蝕性、毒性等狀況下，雷達液位計都能夠?qū)崿F(xiàn)精確測量。其主要優(yōu)點包括。

（1）適用范圍廣。雷達液位計適用于各類形狀儲罐液位的測量，包括圓柱錐體、柱形、臥形、球形等，而以罐體功能來劃分，則包括旁通管、微波管、緩沖罐、儲罐，從介質(zhì)來劃分，則包括料漿、顆粒、液體等。

（2）安全節(jié)能。雷達液位計所發(fā)射的微波功率較小，通常情況下不超過每平方厘米0.03MW，金屬容器的外壁靜電就能夠?qū)ζ淦鸬狡帘巫饔茫虼死走_液位計的使用并不會受于場地的限制，同時對人體也不會產(chǎn)生任何危害。

（3）可靠性強且準確。雷達液位計所發(fā)射的微波不會受到干擾，由于微波不會直接接觸被測介質(zhì)，因此得到了更為廣泛的應(yīng)用，包括在料位測量、液位測量或是真空測量上。同時隨著儲罐新材料、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，雷達液位計同樣能夠提供長期穩(wěn)定、準確可靠的數(shù)字量或模擬量物位信號數(shù)據(jù)。

（4）適用介質(zhì)廣。與可見光相同，微波信號能夠?qū)臻g起到穿透作用，而被測介質(zhì)的介電常數(shù)與導(dǎo)電性直接決定了雷達微波的發(fā)射功率。越大的介電常數(shù)，就能產(chǎn)生越好的回波反射效果。

（5）準確精度高。由于電磁波不會受到外界環(huán)境條件的影響與干擾且與儲罐內(nèi)介質(zhì)并不產(chǎn)生直接接觸。排除了氣體、溫度、壓力等的影響后，就能夠?qū)崿F(xiàn)準確、快速地對不同介質(zhì)的液位進行測量。

2石油化工儲罐雷達液位儀表的應(yīng)用

雷達液位儀表的天線形式包括桿狀天線、拋物面天線、錐體天線等。其中桿狀天線的特點是尺寸較小，其適用于測量腐蝕性或具備衛(wèi)生要求的化工物料中的應(yīng)用；而拋物面天線則適用于測量固料與液體的應(yīng)用，由于拋物面天線的直徑最大，相對其它的雷達波束也最窄，同時這種特性也使其能夠適用于長距離測量，又因其最不敏感的就是環(huán)境的污染條件，因此也可適用于液態(tài)硫磺、瀝青等嚴酷環(huán)境下的液位測量；錐體天線由適用于測量大范圍應(yīng)用場合，通常安裝于導(dǎo)波管或是罐頂之上。

目前在我國普為常見的雷達液位計的品牌包括ENRAF、KROHN、E+H、SAAB等，雖然從特點與技術(shù)性能上來看，它們都不盡相同，但其實現(xiàn)原理基本相仿。

ENRAF雷達液位計所采用的是調(diào)頻連續(xù)波式，其為四線制，精度±1mm，屬于數(shù)字平面技術(shù)智能液位儀表。E+H為四線制，精度±3mm，發(fā)射頻率為10GHz。KRONH NE為兩線制，雷達頻率26GHz，當其測量范圍超過10m時，精度±0.03%，而當測量范圍低于10m時，精度±3mm。SAAB雷達液位計的頻率則為10GHz，分為高精度型、標準型與輕型三種，為兩線制或四線制，其精度分別為±5mm、±10mm與±10mm。

計量級高精度的雷達液位計的測量原理所用的是FMCW式，即調(diào)頻連續(xù)波式。除了瀝青、燃料油等易冷凝且大粘度的儲罐所使用的是拋物面天線之外，其余儲罐一般使用的都是錐體天線形式。同時導(dǎo)波管被設(shè)計于內(nèi)浮頂罐內(nèi)，從而實現(xiàn)精確測量儲罐的液位，同時設(shè)置就地指標表于地面，實時對儲罐內(nèi)的液位值進行顯示，以便于現(xiàn)場操作人員進行檢查與維護。

而在安裝雷達液位計的過程中，則應(yīng)注意與罐壁的間距，同時應(yīng)與罐體出入口與加熱盤管錯開，從而保證測量雷達波能夠?qū)⒄鎸嵰何环从吵鰜怼Ｍ瑫r應(yīng)設(shè)置保護罩于錐體天線之上，以避免介質(zhì)因冷凝而對測量產(chǎn)生影響。而在內(nèi)浮頂儲罐的導(dǎo)波管設(shè)置時，則應(yīng)保證儲罐的內(nèi)表面無毛刺且光滑并有對稱的小孔設(shè)置，使雷達回波的準確性不受干擾與影響。最后，應(yīng)在儲罐透光孔上設(shè)置燃料油拋物面雷達液位計。

3結(jié)語

綜上所述，對石油化工儲罐的液位進行準確測量是保證石油化工生產(chǎn)管理質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)實際情況來選擇相應(yīng)的液位測量儀表，同時配置以自動控制系統(tǒng)，也是實現(xiàn)石油化工生產(chǎn)自動化管理的重要體現(xiàn)。

參考文獻

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