雷達(dá)液位計(jì)在罐區(qū)的應(yīng)用

 

摘要：測(cè)量精度是油品儲(chǔ)運(yùn)管理系統(tǒng)的主要指標(biāo)，雷達(dá)是儲(chǔ)罐液位測(cè)量的最新應(yīng)用技術(shù)之一。E+H雷達(dá)液位計(jì)采用回波法(TOF)儀表基本原理，其數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)很強(qiáng)大，可以提高信號(hào)純凈度，能夠分析全反射譜，考慮假回波、蒸汽影響和其他因素，可以區(qū)分微弱的測(cè)量信號(hào)和很強(qiáng)的反射信號(hào)，避免了由于墻壁反射干擾效應(yīng)造成的精度損失，使測(cè)量精度可達(dá)±3mm，完全滿足商業(yè)計(jì)量交接的要求。本文對(duì)我廠油品裝置所用的E+H雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并對(duì)E+H雷達(dá)液位計(jì)的使用和一些常見的故障進(jìn)行分析說明。

關(guān)健詞:液位；雷達(dá)；精度；儲(chǔ)罐；測(cè)量

 

1. 前言

近年來，隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展，石化部門對(duì)油罐自動(dòng)計(jì)量技術(shù)也越來越重視。由于目前采用的儲(chǔ)罐容量較大，而且很小的液位高度測(cè)量誤差就會(huì)帶來很大的容量誤差，因此油罐的計(jì)量精度要求非常高。這就需要我們借助于高科技的迅猛發(fā)展，將各種新技術(shù)、新方法應(yīng)用到儲(chǔ)罐領(lǐng)域，使儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量呈現(xiàn)出集功能、精度、現(xiàn)場(chǎng)一體化的新局面。雷達(dá)液位計(jì)是近些年來推出的適合這種要求的一種新型的油罐液位測(cè)量儀表。

我廠油品儲(chǔ)罐５３座(包括兩個(gè)零位罐),總?cè)萘?6400立方米。包括原油罐區(qū)、渣油罐區(qū)、汽油罐區(qū)、柴油罐區(qū)等。罐的液位測(cè)量采用雷達(dá)液位計(jì)（主要是E+H和Enraf兩個(gè)廠家的）。

雷達(dá)測(cè)距操作起來并不容易，當(dāng)微波信號(hào)向液面發(fā)射時(shí)，儲(chǔ)罐中的每一種障礙物都會(huì)引起不同的干擾波，這些干擾波與測(cè)量信號(hào)幾乎同時(shí)反射到天線上，需要進(jìn)一步判斷才能找出真正的物位信號(hào)。E+H雷達(dá)液位計(jì)采用回波法(TOF)儀表基本原理，其數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)很強(qiáng)大，可以提高信號(hào)純凈度，能夠分析全反射譜，考慮假回波、蒸汽影響和其他因素，可以區(qū)分微弱的測(cè)量信號(hào)和很強(qiáng)的反射信號(hào)，避免了由于墻壁反射干擾效應(yīng)造成的精度損失，使測(cè)量精度可達(dá)±1～±3mm，完全滿足商業(yè)計(jì)量交接的要求。

1.本文主要介紹了在油品罐區(qū)應(yīng)用的E+H雷達(dá)液位計(jì)。

2. E+H雷達(dá)液位計(jì)工作原理和結(jié)構(gòu)

2.1 雷達(dá)液位計(jì)的工作原理

雷達(dá)是基于時(shí)間行程原理的“俯視”式測(cè)量儀表，儀表測(cè)量從參考點(diǎn)（儀表過程連接處）介質(zhì)表面的距離，所以測(cè)量屬于間測(cè)量。探頭發(fā)出高頻脈沖沿纜繩傳播，當(dāng)脈沖遇到介質(zhì)表面時(shí)反射回來被儀表內(nèi)部的接收器接收，并將距離信號(hào)轉(zhuǎn)換為物位信號(hào)。測(cè)量距離D與脈沖發(fā)出到接收所用的時(shí)間t成正比：

D = v×t/2 L = E –

D

 

圖1 雷達(dá)液位計(jì)工作原理圖

V：雷達(dá)波傳播速度。

t: 雷達(dá)波傳播時(shí)間。

E：通常稱為空標(biāo)，就是空罐高度，即從雷達(dá)天線到罐底的距離。

D:測(cè)量值，這是雷達(dá)天線到液位的距離，這是雷達(dá)直接檢測(cè)的距離。 L:液位，雷達(dá)無法直接檢測(cè)液位高度，液位是由空標(biāo)值減去測(cè)量值來得到。

B:盲區(qū)，通常指的是罐頂盲區(qū)，雷達(dá)無法檢測(cè)到的距離稱盲區(qū).

2.2 雷達(dá)液位計(jì)的構(gòu)成

我公司共使用了4種E+H雷達(dá)液位計(jì)，分別是FMP40、FMR240、FMR532、

2

FMR533雷達(dá)。其中FMR532、FMR533是帶罐旁儀高精度雷達(dá)，使用220V供電，通過罐旁儀通過V1總線通訊。而FMP40和 FMR240包括油罐溫度變送器都采用PROFIBUS總線通訊并由總線供電。

 

 

 

圖2 幾種型號(hào)的雷達(dá)液位計(jì)

圖3是E+H雷達(dá)液位計(jì)表頭的分解圖，圖上可以清晰的了解到其表頭各個(gè)部分組成。這些組件都可以進(jìn)行更換。

 

圖3 E+H雷達(dá)液位計(jì)表頭組成

 

3. E+H雷達(dá)液位計(jì)的使用和維護(hù)

3.1 E+H雷達(dá)調(diào)試菜單的基本結(jié)構(gòu)

在日常維護(hù)中我們對(duì)E+H雷達(dá)液位計(jì)的調(diào)校一般是通過其顯示面板VU331來進(jìn)行的。其操作菜單分為兩級(jí)：

3.1.1 功能組（00 ，01， 03...0C ，0D）

儀表的各操作選項(xiàng)被分配到不同的功能組中，可供選擇的功能組包

括：“基本設(shè)定”，“安全設(shè)置”，“ProfiBus 參數(shù)”，“顯示”等等。 3.1.2 功能（001，002， 003 ...0D8 ，0D9）

每個(gè)功能組包括一個(gè)或多個(gè)功能。這些功能執(zhí)行具體的操作或進(jìn)行

參數(shù)設(shè)置。在功能中可進(jìn)行參數(shù)的選擇與存儲(chǔ)，以及數(shù)據(jù)的輸入。“基本設(shè)定”功能組可供選擇的功能包括“罐體形狀（002）”，“介質(zhì)特性（003）”，“過程條件（004）”，“空罐標(biāo)定（005）”等等。 3.1.3 操作矩陣

3.2

E+H雷達(dá)液位計(jì)的常見故障

3.2.1液位計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)確，與檢尺值有偏差的原因及處理： 3.2.1.1空罐值設(shè)置不正確，設(shè)置正確的空罐值（005）既可。

 

3.2.1.2在測(cè)量范圍內(nèi)有干擾，只要做回波抑制（05）既可。如何判斷

測(cè)量誤差是由空罐高度設(shè)置不正確還是干擾引起：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，

測(cè)量誤差大于0.5m以上多為干擾造成，小于0.5m為空罐高度

設(shè)置不當(dāng)造成。

3.2.2 測(cè)量值有波動(dòng)的原因及處理：

3.2.2.1 錯(cuò)誤的回波抑制造成。錯(cuò)誤的回波抑制造成有效回波將很

小甚至無回波，刪除錯(cuò)誤的回波抑制。重新做回波抑制。

3.2.2.2 設(shè)置正確的過程條件（004）。

3.2.3 部分液位計(jì)在測(cè)量過程中突然跳到最大值的原因及處理：

此現(xiàn)象發(fā)生在FMP40中，現(xiàn)場(chǎng)纜式雷達(dá)安裝短管過長，且無對(duì)中

圓盤，導(dǎo)致進(jìn)油或出油過程中纜繩擺動(dòng)，使纜繩靠近安裝短管，產(chǎn)生錯(cuò)誤的回波。處理方法有二：

3.2.3.1 加大盲區(qū)值（059）到0.5-1m；

3.2.3.2 在顯示值跳到最大值后，做合適的回波抑制。

3.2.4 個(gè)別液位計(jì)存在非線性誤差，即高液位時(shí)準(zhǔn)確，低液位時(shí)誤差大的原因及處理：

3.2.4.1 對(duì)于FMR532雷達(dá)（安裝有導(dǎo)波管），導(dǎo)波管直徑設(shè)置不正確，

將造成較大的非線性誤差，例如：導(dǎo)波管直徑由165mm改為

203.2mm后，原2.78m的液位指示變化為2.50m，誤差0.28m；

而原12.492的液位指示變化為12.442m，誤差0.05m。

3.2.4.2 對(duì)于纜式雷達(dá)，是纜繩長度設(shè)置過小所致，例如，空罐值為

14.5m，而纜繩長度設(shè)置為13.00m，但液位下降至1.5 m以

下時(shí)，雷達(dá)將無法測(cè)量。

3.2.4.3 纜式雷達(dá)和導(dǎo)波管雷達(dá)因?yàn)闇y(cè)量的有效長度不能達(dá)到罐底，

在液位低于0.5m后出現(xiàn)指示不正確屬正常。

4.結(jié)束語

罐區(qū)儲(chǔ)罐由于其容積很大，要求液位計(jì)精度很高，過去大多用浮子鋼帶式液位計(jì)、伺服式液位計(jì)和靜壓式液位計(jì)。但浮子鋼帶式液位計(jì)安裝復(fù)雜，可靠性低;靜壓式液位計(jì)受介質(zhì)密度和溫度影響很大，為消除這些影響，

一套完善的靜壓測(cè)量系統(tǒng)其價(jià)格也很高；伺服式液位計(jì)精度較高，但由于其有機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不可避免帶來磨損問題，同時(shí)價(jià)格也偏高。

微波傳播具有定向傳播、準(zhǔn)光學(xué)特性、傳輸特性好、介質(zhì)對(duì)微波吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例的特性，由其自身特性決定，與以往使用的各種液位計(jì)相比，智能雷達(dá)液位計(jì)具有自身的使用優(yōu)勢(shì):

4.1 準(zhǔn)確度高。

雷達(dá)液位計(jì)不受溫度壓力、氣體的影響，可快速準(zhǔn)確地測(cè)量不同介質(zhì)的液位，準(zhǔn)確度達(dá)±1～±3mm，可用于貿(mào)易結(jié)算。

4.2 可靠性強(qiáng)，使用壽命長。

可以提供可靠且長期穩(wěn)定的模擬量或數(shù)字量物位信號(hào)。

4.3 幾乎可以測(cè)量所有介質(zhì)。

微波信號(hào)與可見光相似，可以穿透空間，其反射功率取決于被測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)電性和介電常數(shù)。介電常數(shù)越大，回波信號(hào)的反射效果越好。

4.4 全節(jié)能。

微波的發(fā)射功率很小，最大為0.03mW/cm2，可被金屬容器外壁靜電屏蔽，因此可不受任何限制地應(yīng)用于各種場(chǎng)合，而且對(duì)人體無害。

4.5 擴(kuò)展性好。

可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同需要選擇不同的卡件，而且通信協(xié)議靈活。

4.6 維護(hù)保養(yǎng)的工作量很少。

雷達(dá)液位計(jì)具有故障報(bào)警及自診斷功能，大大減少維護(hù)工作量。

4.7 安裝簡單。

可直接安裝到儲(chǔ)罐頂部，安裝時(shí)儲(chǔ)罐可正常使用也不受影響。