1.引言
在當(dāng)前國際石油市場風(fēng)云變幻的背景下，建設(shè)一定規(guī)模的石油儲備，對于穩(wěn)定能源市場供應(yīng)，平抑油價供求異常波動將起到重要作用。我國目前已初步建立起石油戰(zhàn)略儲備系統(tǒng)，一批戰(zhàn)略石油儲備基地已基本建成并投入使用。在這些戰(zhàn)略是由儲備基地，基本上都采用10×10的4次方m³浮頂罐作為原油儲罐，而儲罐的液位數(shù)據(jù)無疑是儲備庫生產(chǎn)管理當(dāng)中zui主要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
目前大部分儲罐采用了雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行液位自動檢測，本文結(jié)合已建的都善原油儲備庫大罐雷達(dá)液位計(jì)及附屬設(shè)備選型和安裝使用情況，對此類工程設(shè)計(jì)進(jìn)行一些探討。
2.雷達(dá)液位計(jì)的測量原理及特點(diǎn)
2.1雷達(dá)液位計(jì)測量原理
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)的天線發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測對象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時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)行時間
雷達(dá)液位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時間，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)，無可動部件，不存在機(jī)械磨損，使用壽命長。
(2)雷達(dá)液位計(jì)測量時發(fā)出的電磁波能夠穿過真空，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)如粗苯的液位測量。
(3)雷達(dá)液位計(jì)幾乎能用于所有液體的液位測量，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)采用非接觸式測量，不受槽內(nèi)液體的密度、濃度等物理特性的影響。
(5)測量范圍大，zui大的測量范圍可達(dá)0~35m,可用于高溫、高壓的液位測量。
(6)天線等關(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)天線的選擇
雷達(dá)液位計(jì)有錐形天線、拋物面型天線、導(dǎo)波管陣列天線等多種天線類型可選，針對大型儲備庫采用的浮頂儲罐，由于液體介質(zhì)智商有鋼制浮盤，且浮盤隨液位上下浮動，如何才能透過浮盤來檢測到罐內(nèi)介質(zhì)的液位，是液位儀表選型首先面對的問題。
根據(jù)以往普通拱頂儲罐選型雷達(dá)液位計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，雷達(dá)液位計(jì)天線尺寸越大，其發(fā)射微博信號的能力越強(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會取得良好的檢測效果。但拋物面天線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
位置對雷達(dá)檢測產(chǎn)生干擾。浮頂儲籀顯然不適合使用拋物面型天線。而帶有導(dǎo)波管的雷達(dá)天線無疑成了zui佳選擇。原因如下：
(1)用導(dǎo)波管穿過浮盤，雷達(dá)液位計(jì)就可以直接對液位進(jìn)行檢測了。
(2)由于大型浮頂儲罐內(nèi)有旋轉(zhuǎn)噴射器這樣的攪拌裝置，會使介質(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雷達(dá)波的影響，也可以減輕罐壁上進(jìn)出液口對液位的擾動。
(4)導(dǎo)波管還可以起到匯聚雷達(dá)波的作用，增強(qiáng)檢測可靠性。
既然決定采用導(dǎo)波管，就可以選用專用的導(dǎo)波管陣列天線了，相對于其他形式的天線，導(dǎo)波管陣列天線配套導(dǎo)波管的效果檢測更好。
3.2雷達(dá)液位計(jì)供電電壓選擇
針對大型的原油儲備庫由于儲罐直徑大，造成庫區(qū)面積很大，以部善原油儲備庫為例，盡管設(shè)置控制中心和遠(yuǎn)程控制單元，庫區(qū)內(nèi)儀表信號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電纜長度超過1K,線路壓降很大。實(shí)際使用情況表明，24V直流電不足以驅(qū)動如此遠(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罐，包括5~15×10的4次方m³儲罐，都是由位于罐體兩側(cè)的兩根導(dǎo)向柱協(xié)助浮盤隨液位上下浮動，導(dǎo)向柱同時起到防止浮盤轉(zhuǎn)動和翻覆的作用，而且導(dǎo)向柱還起到量油孔的作用，操作人員可以
通過導(dǎo)向柱采用機(jī)械的方法手動測量液位。如果我們?yōu)榱藱z測液位，在浮盤上再安裝一根導(dǎo)波管，就相當(dāng)于給浮盤又安了一個導(dǎo)向柱，這將有可能導(dǎo)致浮盤卡死無法上下浮動，顯然行不通。
針對這樣的情況，只有在導(dǎo)向柱上做文章才可行，都善原油儲備庫10×10的4次方m³儲罐采用了兩個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，安裝見下圖：
這樣就解決了雷達(dá)液位的安裝問題，同時另一根導(dǎo)向柱仍然可以起到手動量油的作用。
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，此時將有同樣的問題，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鉑熱電阻作為測量原件，將多個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)，鑒于前文說明的原因，這相當(dāng)于又給儲罐安裝了一根導(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，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
原油進(jìn)入儲罐后，隨著存放時間的延長，原油中所含水分會逐漸分離出來并沉積與儲罐底部。以10×10的4次方m³儲罐為例，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,如果是滿罐的情況下，意味著庫存5%的量是水而不是油。這對于百萬方庫存的原油儲備庫來說，是一個巨大的數(shù)字，如果不掌握儲罐水位的數(shù)據(jù)，可能對儲備庫的生產(chǎn)管理產(chǎn)生很大的影響?？梢姶笮蛢匏粰z測是十分重要的。
以往針對儲罐水位檢測一般選用側(cè)裝式或頂裝式油水界面儀進(jìn)行檢測，如果采用側(cè)裝式油水界面儀，勢必將在油罐底部增加開孔，進(jìn)而牽涉到保溫防凍的問題，如果采用頂裝式油水界面儀，將會遇到與多點(diǎn)溫度計(jì)同樣的安裝問題。因此選擇了帶有檢測油水界面功能的多點(diǎn)溫度計(jì)來檢測罐底水位。
5.結(jié)束語
在鄯善儲備庫一期10座儲罐上進(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座儲罐也沿用了同樣的設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明檢測效果十分理想，可以說為類似大型儲罐液位、溫度、水位的檢測提供了解決方案，值得推廣。
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射頻導(dǎo)納液位計(jì)在炭素浸漬裝置的應(yīng)用
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超聲波流量計(jì)在氣體計(jì)量的應(yīng)用
