1.引言
在當(dāng)前國(guó)際石油市場(chǎng)風(fēng)云變幻的背景下，建設(shè)一定規(guī)模的石油儲(chǔ)備，對(duì)于穩(wěn)定能源市場(chǎng)供應(yīng)，平抑油價(jià)供求異常波動(dòng)將起到重要作用。我國(guó)目前已初步建立起石油戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備系統(tǒng)，一批戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備基地已基本建成并投入使用。在這些戰(zhàn)略是由儲(chǔ)備基地，基本上都采用10×10的4次方m³浮頂罐作為原油儲(chǔ)罐，而儲(chǔ)罐的液位數(shù)據(jù)無(wú)疑是儲(chǔ)備庫(kù)生產(chǎn)管理當(dāng)中zui主要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
目前大部分儲(chǔ)罐采用了雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行液位自動(dòng)檢測(cè)，本文結(jié)合已建的都善原油儲(chǔ)備庫(kù)大罐雷達(dá)液位計(jì)及附屬設(shè)備選型和安裝使用情況，對(duì)此類(lèi)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行一些探討。
2.雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理及特點(diǎn)
2.1雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理
雷達(dá)液位計(jì)采用發(fā)射一反射一接收的工作模式。雷達(dá)液位計(jì)的天線(xiàn)發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后，再被天線(xiàn)接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比，關(guān)系式如下：
D-CT/2 (式1)
式中：
D—雷達(dá)液位計(jì)到液面的距離
C一光速
T一電磁波運(yùn)行時(shí)間
雷達(dá)液位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時(shí)間，而電磁波的傳輸速度為常數(shù)，則可算出液面到雷達(dá)天線(xiàn)的距離，從而知道液面的液位。在實(shí)際運(yùn)用中，雷達(dá)液位計(jì)有兩種方式即調(diào)頻連續(xù)波式和脈沖波式。采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的液位計(jì)，功耗大，須采用四線(xiàn)制，電子電路復(fù)雜。而采用雷達(dá)脈沖波技術(shù)的液位計(jì)，功耗低，可用二線(xiàn)制的24VDC供電，容易實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，精確度高，適用范圍更廣。
2.2雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)
(1)雷達(dá)液位計(jì)采用一體化設(shè)計(jì)，無(wú)可動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，使用壽命長(zhǎng)。
(2)雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量時(shí)發(fā)出的電磁波能夠穿過(guò)真空，不需要傳輸媒介，具有不受大氣、蒸氣、槽內(nèi)揮發(fā)霧影響的特點(diǎn)，能用于揮發(fā)的介質(zhì)如粗苯的液位測(cè)量。
(3)雷達(dá)液位計(jì)幾乎能用于所有液體的液位測(cè)量，在實(shí)際應(yīng)用中，幾乎所有的介質(zhì)都能反射足夠的反射波。
(4)采用非接觸式測(cè)量，不受槽內(nèi)液體的密度、濃度等物理特性的影響。
(5)測(cè)量范圍大，zui大的測(cè)量范圍可達(dá)0~35m,可用于高溫、高壓的液位測(cè)量。
(6)天線(xiàn)等關(guān)鍵部件采用高質(zhì)量的材料，抗腐蝕能力強(qiáng)，能適應(yīng)腐蝕性很強(qiáng)的環(huán)境。
3.大型浮頂罐雷達(dá)液位計(jì)及輔助設(shè)備選型及安裝
3.1浮頂罐雷達(dá)液位計(jì)的選擇及安裝
3.1.1雷達(dá)液位計(jì)天線(xiàn)的選擇
雷達(dá)液位計(jì)有錐形天線(xiàn)、拋物面型天線(xiàn)、導(dǎo)波管陣列天線(xiàn)等多種天線(xiàn)類(lèi)型可選，針對(duì)大型儲(chǔ)備庫(kù)采用的浮頂儲(chǔ)罐，由于液體介質(zhì)智商有鋼制浮盤(pán)，且浮盤(pán)隨液位上下浮動(dòng)，如何才能透過(guò)浮盤(pán)來(lái)檢測(cè)到罐內(nèi)介質(zhì)的液位，是液位儀表選型首先面對(duì)的問(wèn)題。
根據(jù)以往普通拱頂儲(chǔ)罐選型雷達(dá)液位計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，雷達(dá)液位計(jì)天線(xiàn)尺寸越大，其發(fā)射微博信號(hào)的能力越強(qiáng)，抗干擾能力就比較高，所以條件允許的情況下選用拋物面型天線(xiàn)會(huì)取得良好的檢測(cè)效果。但拋物面天線(xiàn)要安裝在離罐壁較遠(yuǎn)的位置，這樣方面雷達(dá)波的傳播和反射，防止進(jìn)料口等處液位不穩(wěn)定
位置對(duì)雷達(dá)檢測(cè)產(chǎn)生干擾。浮頂儲(chǔ)籀顯然不適合使用拋物面型天線(xiàn)。而帶有導(dǎo)波管的雷達(dá)天線(xiàn)無(wú)疑成了zui佳選擇。原因如下：
(1)用導(dǎo)波管穿過(guò)浮盤(pán)，雷達(dá)液位計(jì)就可以直接對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)了。
(2)由于大型浮頂儲(chǔ)罐內(nèi)有旋轉(zhuǎn)噴射器這樣的攪拌裝置，會(huì)使介質(zhì)產(chǎn)生持續(xù)的渦流，從而使雷達(dá)波產(chǎn)生虛假的反射。
(3)浮頂儲(chǔ)罐中心位置不可能安裝雷達(dá)液位計(jì)，只能安裝在罐壁附近，導(dǎo)波管可以消除罐壁對(duì)雷達(dá)波的影響，也可以減輕罐壁上進(jìn)出液口對(duì)液位的擾動(dòng)。
(4)導(dǎo)波管還可以起到匯聚雷達(dá)波的作用，增強(qiáng)檢測(cè)可靠性。
既然決定采用導(dǎo)波管，就可以選用專(zhuān)用的導(dǎo)波管陣列天線(xiàn)了，相對(duì)于其他形式的天線(xiàn)，導(dǎo)波管陣列天線(xiàn)配套導(dǎo)波管的效果檢測(cè)更好。
3.2雷達(dá)液位計(jì)供電電壓選擇
針對(duì)大型的原油儲(chǔ)備庫(kù)由于儲(chǔ)罐直徑大，造成庫(kù)區(qū)面積很大，以部善原油儲(chǔ)備庫(kù)為例，盡管設(shè)置控制中心和遠(yuǎn)程控制單元，庫(kù)區(qū)內(nèi)儀表信號(hào)就近接入控制中心和遠(yuǎn)程控制單元，但是仍然有許多儀表信號(hào)電纜長(zhǎng)度超過(guò)1K,線(xiàn)路壓降很大。實(shí)際使用情況表明，24V直流電不足以驅(qū)動(dòng)如此遠(yuǎn)距離外的
雷達(dá)液位計(jì)，導(dǎo)致雷達(dá)液位計(jì)出現(xiàn)了各種問(wèn)題。所以必須選擇220VAC供電的雷達(dá)液位計(jì)。
3.3浮頂罐雷達(dá)液位計(jì)的安裝
雷達(dá)液位計(jì)型式選定后，新的問(wèn)題出現(xiàn)了，即導(dǎo)波管如何在大型浮頂罐上安裝。目前的大型浮頂原油儲(chǔ)罐，包括5~15×10的4次方m³儲(chǔ)罐，都是由位于罐體兩側(cè)的兩根導(dǎo)向柱協(xié)助浮盤(pán)隨液位上下浮動(dòng)，導(dǎo)向柱同時(shí)起到防止浮盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)和翻覆的作用，而且導(dǎo)向柱還起到量油孔的作用，操作人員可以
通過(guò)導(dǎo)向柱采用機(jī)械的方法手動(dòng)測(cè)量液位。如果我們?yōu)榱藱z測(cè)液位，在浮盤(pán)上再安裝一根導(dǎo)波管，就相當(dāng)于給浮盤(pán)又安了一個(gè)導(dǎo)向柱，這將有可能導(dǎo)致浮盤(pán)卡死無(wú)法上下浮動(dòng)，顯然行不通。
針對(duì)這樣的情況，只有在導(dǎo)向柱上做文章才可行，都善原油儲(chǔ)備庫(kù)10×10的4次方m³儲(chǔ)罐采用了兩個(gè)DN400的導(dǎo)向柱，我們決定在其中的一根導(dǎo)向柱內(nèi)安裝一根DN200的導(dǎo)波管，安裝見(jiàn)下圖：
這樣就解決了雷達(dá)液位的安裝問(wèn)題，同時(shí)另一根導(dǎo)向柱仍然可以起到手動(dòng)量油的作用。
3.3多點(diǎn)溫度計(jì)的選型和安裝
大型浮頂儲(chǔ)罐分層原油溫度是重要的監(jiān)控參數(shù)，為此需要采用軟纜式多點(diǎn)溫度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)將有同樣的問(wèn)題，即多點(diǎn)溫度計(jì)如何在大型浮頂譴上安裝。
根據(jù)目前的習(xí)慣做法，需要對(duì)液面以下每3米處的介質(zhì)溫度進(jìn)行檢側(cè)，多點(diǎn)溫度計(jì)采用Pt100鉑熱電阻作為測(cè)量原件，將多個(gè)熱電阻集成在一根纜中，一般采用便于運(yùn)輸和安裝的軟纜式結(jié)構(gòu)。為防止軟纜漂浮移動(dòng)或被意外割斷，多點(diǎn)溫度計(jì)也需要安裝在一根金屬套管內(nèi)，鑒于前文說(shuō)明的原因，這相當(dāng)于又給儲(chǔ)罐安裝了一根導(dǎo)向柱，顯然不可能。
根據(jù)這樣的情況，我們決定把多點(diǎn)溫度計(jì)也安裝在導(dǎo)向柱內(nèi)，將雷達(dá)液位計(jì)和多點(diǎn)溫度計(jì)集成安裝到同一根DN400的導(dǎo)向柱上，將DN200導(dǎo)波管在導(dǎo)向柱內(nèi)靠一側(cè)安裝，利用DN200導(dǎo)波管和導(dǎo)向柱間的空間作為多點(diǎn)溫度計(jì)的安裝空間，這樣一來(lái)，雷達(dá)液位計(jì)和多點(diǎn)溫度計(jì)的安裝都得到了解決。
3.4罐底水位檢測(cè)
原油進(jìn)入儲(chǔ)罐后，隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng)，原油中所含水分會(huì)逐漸分離出來(lái)并沉積與儲(chǔ)罐底部。以10×10的4次方m³儲(chǔ)罐為例，其直徑達(dá)到80m,如果蒂底存有10mm高的水位，相當(dāng)于存水50m³,如果存水達(dá)到1m,意味著罐內(nèi)存水達(dá)到5000m³,如果是滿(mǎn)罐的情況下，意味著庫(kù)存5%的量是水而不是油。這對(duì)于百萬(wàn)方庫(kù)存的原油儲(chǔ)備庫(kù)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)巨大的數(shù)字，如果不掌握儲(chǔ)罐水位的數(shù)據(jù)，可能對(duì)儲(chǔ)備庫(kù)的生產(chǎn)管理產(chǎn)生很大的影響。可見(jiàn)大型儲(chǔ)罐水位檢測(cè)是十分重要的。
以往針對(duì)儲(chǔ)罐水位檢測(cè)一般選用側(cè)裝式或頂裝式油水界面儀進(jìn)行檢測(cè)，如果采用側(cè)裝式油水界面儀，勢(shì)必將在油罐底部增加開(kāi)孔，進(jìn)而牽涉到保溫防凍的問(wèn)題，如果采用頂裝式油水界面儀，將會(huì)遇到與多點(diǎn)溫度計(jì)同樣的安裝問(wèn)題。因此選擇了帶有檢測(cè)油水界面功能的多點(diǎn)溫度計(jì)來(lái)檢測(cè)罐底水位。
5.結(jié)束語(yǔ)
在鄯善儲(chǔ)備庫(kù)一期10座儲(chǔ)罐上進(jìn)行的雷達(dá)液位計(jì)選型和安裝取得了成功，后續(xù)的10座儲(chǔ)罐也沿用了同樣的設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明檢測(cè)效果十分理想，可以說(shuō)為類(lèi)似大型儲(chǔ)罐液位、溫度、水位的檢測(cè)提供了解決方案，值得推廣。
上一條：
射頻導(dǎo)納液位計(jì)在炭素浸漬裝置的應(yīng)用
下一條：
超聲波流量計(jì)在氣體計(jì)量的應(yīng)用
