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          计量级雷达液位计在大型储罐中的应用

          来源: 作者: 发布日期:2020-09-10 09:51:31

           摘 要 介绍了计量级雷达液位计的原理与结构,分析了计量级雷达液位计测量系统的组成和选型,指 出了安装时的注意事项。

           
          大型储罐是石油化工行业的重要组成部分, 是企业存储、生产和运输过程的重要环节,具有储量大、占地面积广及分布集中等特点。 大型储罐是重大工业危险源,储存的产品具有爆炸性和燃烧性,如果发生泄漏、火灾及爆炸等安全事故, 将会造成重大人员伤害和财产损失。 液位是大型储罐实时变化的重要参数,准确测量液位是大型储罐生产和安全使用的非常重要环节。 计量级雷达液位计在大型储罐中的应用优势主要体现在安全节能、适用范围广及准确度高 等方面。 大型储罐体积庞大,通常安置在室外,因 此对液位测量仪表的安装和性能有较高要求。 计 量级雷达液位计是一种采用微波测量技术的非接触式液位测量仪表,在大型储罐的贸易计量中 使用广泛。 
           
          1 计量级雷达液位计原理与结构 
          计量级雷达液位计是大型储罐中液位测量的 核心传感器,采用发射-反射-接收的工作模式。
           
          1.1 原理 
          计量级雷达液位计采用通过发射 FMCW(调 频连续波)信号并接收相应的回波,处理后获得 距离与速度信息的原理。 发射信号通过天线向外 辐射, 同时作为混频器的基准信号解调回波信 号,测量信号频率差,依据差值与到液体表面的 距离成比例从而计算出液位值。 雷达波形与测距 原理如图 1 所示。
          雷达波形及测距原理
           
          计量级雷达液位计由收发模块、 电源模块、 天线、信号处理模块及显示模块等单元组成。 收 发模块产生 FMCW 信号,经环行器至天线向外辐 射,回波信号由天线接收,经环行器送到接收通 道,对回波信号进行谐波混频、放大、滤波,产生差频信号,将包含距离信息的信号经过 A / D 转换成数字信号,送往信号处理模块,信号经傅里叶变换、检测处理等后,得到高精度的液位数据,通 过现场总线送到显示单元和上位机[1]。 计量级雷达液位计数据处理流程如图 2 所示。
          计量级雷达液位计数据处理流程
           
          1.2 结构
          雷达液位计的结构和工艺工况有很大关系, 选型时需综合考虑介质的腐蚀性、粘稠性、结晶 特性、冷凝特性及挥发特性等。 雷达液位计主要 由电子控制单元和天线构成,无可动部分,不存 在机械磨损。 用于贸易计量时,需采用高精度、高 稳定性的计量级雷达液位计。 计量级雷达液位计 的结构关键是天线,其天线一般有以下 4 种[2]:
          a. 喇叭天线,适用于大部分罐区,安装在罐顶或导波管上,聚焦特性好,测量范围大;
          b. 导波管阵列天线,安装在导波管内,适用于外浮顶的原油储罐或内浮顶的成品油/化工品储罐;
          c. 抛物面天线,适用于固定顶储罐,粘稠和 严重凝结的产品,可用于沥青、液态硫磺等恶劣的工况;
          d. LPG/LNG 天线,适用于 LPG/LNG 储罐,测 量加压或低温液化气的液位。
           
          2 计量级雷达液位计的应用
           
          2.1 配套仪表
          液位测量系统一般包括计量级雷达液位计、多 点温度计、数据采集单元及现场通信单元等设备。
           
          多点温度计可测量储罐内多点温度,利用现 场总线通信协议输送测量数据。 数据采集单元可收集量值,如液位、温度和 压力,计算平均温度、计量密度和容积表,不仅可 识别网络中不同的现场设备并自动分配地址,还 能管理通信,监控所有设备状态。 现场通信单元是一台数据集中器,可通过数据采集单元连续查询现场设备的数据。
           
          2.2 系统构成 
          液位测量系统通过现场总线仪表(如雷达液位计、多点温度计)提供储罐的温度、液位信息, 并与 DCS 控制系统通信。 每个储罐设置的测量系统由液位检测单元、 数据采集单元和多点温度计组成。 信号分组通过 接线箱以总线方式连接至机柜间的通信接口单 元,非常终接入计量管理计算机,通过计算将测量 的液位自动转换为体积值或质量值,计量管理计 算机与 DCS 控制系统通信[3]。 每个储罐的数据采集单元采用总线形式,与 采用传统的模拟量仪表相比具有以下优势:
           
          a. 避免了模拟量信号经过系统卡件的 A/D、D/A 转换后精度损失, 现场显示的数据和系统里 的显示数据是一致的;
          b. 节约线缆,每个数据采样单元只输出一路 总线信号。 液位测量系统软件可以分析液位的曲线图, 查看设备和生产的实时/历史运行情况。计量级雷达液位计自控系统如图 3 所示[4]。 
          计量级雷达液位计自控系统
          3 计量级雷达液位计的安装 
          计量级雷达液位计的正确安装是保证高精 度测量的关键,安装时需要注意以下因素:
          a. 远离罐中心和物料进口,安装在罐中心容 易造成接收不到回波,安装在物料进口容易造成接收较多的虚假反射回波,计量级雷达液位计安装位置应距离管壁约储罐直径的 1/5;
          b. 测量角范围内不能有障碍物,计量级雷达液位计的测量原理决定了测量角范围内不能有 障碍物;
          c. 避免强液位波动的场合, 当储罐内介质有 较强的搅拌或化学反应时,应采用旁通管或导波 管的测量方式,保证雷达波能够精确地测量出真实的液位。
           
          4 结束语
          计量级雷达液位计具有精度高、适用范围广 及安装维护方便等特点,尤其适用于大型储罐的连续液位高精度测量。 随着科学技术的不断发 展,计量级雷达液位计将会在大型储罐的贸易计量方面得到广泛的应用。

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