摘 要: 介紹石油儲(chǔ)罐液位測(cè)量?jī)x表雷達(dá)液位計(jì)的選型、安裝、自動(dòng)控制和維護(hù)，以及電流漂移和信號(hào)干擾兩種常見(jiàn)故障的解決辦法。
關(guān)鍵詞:石油儲(chǔ)罐,液位計(jì)量,雷達(dá)液位計(jì),故障處理
在石油貿(mào)易交接和企業(yè)成本核算過(guò)程中，都對(duì)石油液相產(chǎn)品計(jì)量的**性提出了嚴(yán)格要求。而傳統(tǒng)液位計(jì)的計(jì)量精度和自動(dòng)化程度較低，已不能滿足計(jì)量需要。而雷達(dá)液位計(jì)因其自動(dòng)化程度高、易于安裝、維護(hù)及可重復(fù)利用(分體式結(jié)構(gòu)) 等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)罐中固體物位和液體液位( 如原油和瀝青) 的測(cè)量。筆者將詳細(xì)介紹雷達(dá)液位計(jì)在石油儲(chǔ)罐液位計(jì)量中的應(yīng)用和常見(jiàn)問(wèn)題的解決。
1 雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用
1.1選型
雷達(dá)液位計(jì)的種類(lèi)繁多，選型時(shí)首先要考慮被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度及腐蝕性等特性對(duì)其使用性能的影響。因此，在選型時(shí)要針對(duì)介質(zhì)在特定工況下的特性來(lái)選取適宜的天線和表頭。對(duì)于體積較小、形狀復(fù)雜的罐體或需測(cè)量多種液體分界面的應(yīng)用場(chǎng)合，推薦采用導(dǎo)波纜天線雷達(dá)液位計(jì); 對(duì)測(cè)量環(huán)境較復(fù)雜的罐體，如介質(zhì)易揮發(fā)、腐蝕及高壓和高溫等，推薦使用非接觸天線雷達(dá)液位計(jì)，由于液位計(jì)與介質(zhì)不接觸，就能避免由于介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)影響其計(jì)量精度或?qū)走_(dá)液位計(jì)本身的損傷。
依據(jù)介質(zhì)測(cè)量的目的選擇不同測(cè)量精度的雷達(dá)液位計(jì)。如果僅用于內(nèi)部成本核算，精度要求不需要太高; 如果用于貿(mào)易交接，就必須選擇高精度的雷達(dá)液位計(jì)。為節(jié)約投資，在計(jì)量精度滿足需求的前提下可選用性?xún)r(jià)比高的產(chǎn)品。由于雷達(dá)液位計(jì)的精度、日常維護(hù)和使用壽命直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，所以過(guò)硬的質(zhì)量和滿意的售后服務(wù)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
選型時(shí)還需綜合考慮其測(cè)量范圍、頻率 (10GHz，20GHz，…)、雷達(dá)與測(cè)量罐體的連接方式(法蘭、G11/2 螺紋、12/1NPT)、防爆/防護(hù)等級(jí)、信號(hào)輸出協(xié)議( Modbus/Hart) 和傳輸方式(4～20mA電流還是0～5V電壓)這些因素。
1.2安裝
為達(dá)到高精度地測(cè)量介質(zhì)的液位，在儲(chǔ)罐上正確安裝雷達(dá)液位計(jì)也十分關(guān)鍵，液位計(jì)的安裝分為機(jī)械和電氣兩部分。
1.2.1機(jī)械安裝
筆者以ROSEMENT拋物面型天線雷達(dá)液位計(jì)為例，說(shuō)明其機(jī)械安裝時(shí)的注意事項(xiàng):
a.傾斜度。液位計(jì)中軸線對(duì)儲(chǔ)罐中心線的傾斜度不同，其發(fā)射波和反射波的行程也不同，測(cè)量精度也會(huì)受到影響。因此，安裝時(shí)必須使用法蘭球?qū)⒁何挥?jì)安裝在儲(chǔ)罐噴嘴上，再利用水準(zhǔn)儀調(diào)整變送器的傾斜度，使其不超過(guò)1.5°。
b.自由空間。拋物面型天線液位計(jì)的雷達(dá)波束寬度為 10°，在波束范圍內(nèi)從罐頂?shù)綔y(cè)量零點(diǎn)之間的空間即為自由空間。如果自由空間范圍內(nèi)有任何障礙，如結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋及直徑大于 2″的管道等，定會(huì)對(duì)雷達(dá)波產(chǎn)生干擾，影響測(cè)量效果。在安裝時(shí)，要注意規(guī)避自由空間內(nèi)的障礙物。
c.噴嘴。如果采用20″的噴嘴，噴嘴高度不得超過(guò) 0.5m，噴嘴的直徑越大其高度也會(huì)更高。此時(shí)，必須將拋物面反射器的邊緣與噴嘴底端的夾角控制在 5°以?xún)?nèi)，從而形成雷達(dá)波束的自由通道( 圖 1) ，滿足所要求的測(cè)量精度。
d.本體。雷達(dá)液位計(jì)本體的安裝較簡(jiǎn)單，主要是天線、表頭與噴嘴的連接( 圖 2) ，圖示位置天線已安裝在噴嘴里。安裝時(shí)要特別注意用水準(zhǔn)儀確保天線和表頭與儲(chǔ)罐中心線的傾角達(dá)到要求。
1.2.2電氣部分的安裝方法
首先確定雷達(dá)液位計(jì)配備的模擬輸出，如果有源，電源線與信號(hào)線共用一對(duì)線即可; 如果無(wú)源，則必須單獨(dú)給雷達(dá)供電，否則將導(dǎo)致信號(hào)丟失和儀表?yè)p壞。其接線模式有非本安和本安兩種，非本安接線盒用于連接非本安電源、TRL/2 總線和繼電器; 本安接線盒用于數(shù)據(jù)采集單元 DAU、顯示板 RDU40、模擬輸入和溫度傳感器的本安連接。還需注意，通信協(xié)議不同接線方式也不同，所以雷達(dá)液位計(jì)的電氣安裝較為復(fù)雜。總體上可分為電源接線和信號(hào)接線兩部分:
a.電源接線。在石油工業(yè)中，雷達(dá)液位計(jì)主要用于測(cè)量油罐中油液的位置，因此它的使用和電氣接線必須符合該區(qū)域的安全等級(jí)，電纜也必須符合相關(guān)供電電壓準(zhǔn)則，并且要通過(guò)適合于該危險(xiǎn)區(qū)域的認(rèn)證才可以使用。液位變送器內(nèi)置有可自動(dòng)調(diào)整的整流器卡件 TRC，以適應(yīng)連接100 ～240VAC、34 ～70VAC 和48～ 99VDC電源電壓，在供電方式上比較靈活。因此，只要將供電電源線連接至接線盒電源端的 L1 + 和 L2 － 即可。
b.信號(hào)線的連接。雷達(dá)液位計(jì)通過(guò) TRL/2 現(xiàn)場(chǎng)總線、現(xiàn)場(chǎng)通信單元 FCU 和現(xiàn)場(chǎng)總線調(diào)制解調(diào)器 FBM 連接至上位機(jī)。FBM 將 TRL/2 Modbus信號(hào)轉(zhuǎn)換成通用協(xié)議 RS232 信號(hào)，每條 TRL/2 總線可以連接 8 個(gè)單元。當(dāng)變送器與 TRL/2 總線連接至上位機(jī)后，用 Saab TankMaster WinSetup/ WinOpi 軟件對(duì)變送器進(jìn)行組態(tài)和初始化，并實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的液位和體積及溫度等數(shù)據(jù)。
另外，還有繼電器、模擬輸入/輸出、單點(diǎn)和多點(diǎn)溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集單元 DAU、遠(yuǎn)傳顯示單元 RDU 40 及 Hart 協(xié)議手操器等擴(kuò)展外圍設(shè)備的接線，可參照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行設(shè)置和安裝。
2 雷達(dá)液位計(jì)的自動(dòng)控制
從安裝在罐頂?shù)睦走_(dá)液位計(jì)接線盒里把引出的電源線與數(shù)據(jù)線匯總到現(xiàn)場(chǎng)總線電源梳理器和接口單元，再使用串行通信接口 RS485 /232 連接至工控機(jī)，并完成軟件組態(tài)和罐區(qū)參數(shù)的初始化設(shè)置［1］，如果需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線進(jìn)行本安隔離，必須先通過(guò)安全柵再連到 DCS 的 I/O 端子。這樣，就可以通過(guò) DCS 系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察罐區(qū)介質(zhì)液位的變化情況了，再輔以罐區(qū)進(jìn)/出口閥門(mén)的自動(dòng)控制，使介質(zhì)液位自動(dòng)維持在所需的位置，實(shí)現(xiàn)罐區(qū)液位的遠(yuǎn)程自/手動(dòng)控制、即時(shí)掌握實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)，并能從雷達(dá)液位計(jì)自帶的組態(tài)軟件中分析液位的曲線圖，查看生產(chǎn)和設(shè)備的歷史/實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，消除人為干預(yù)造成低精度計(jì)量的現(xiàn)象。
為延長(zhǎng)雷達(dá)液位計(jì)的使用壽命，保持長(zhǎng)時(shí)間的高精度測(cè)量，日常維護(hù)至關(guān)重要，而且必須由專(zhuān)業(yè)人員或在專(zhuān)業(yè)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行。維護(hù)過(guò)程中一般應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:
a.接地保護(hù)。為防止漏電對(duì)電器元件造成破壞和對(duì)正常信號(hào)傳輸?shù)母蓴_，需將雷達(dá)表頭和控制室機(jī)柜信號(hào)接口處任一一端接地。
b.瞬間過(guò)激電壓保護(hù)。雷達(dá)液位計(jì)本身支持這項(xiàng)功能，但安裝時(shí)要盡量避開(kāi)雷電經(jīng)常活動(dòng)的區(qū)域，或者做好外部雷擊保護(hù)措施。
c.干擾信號(hào)。在短時(shí)間內(nèi)液位出現(xiàn)強(qiáng)烈波動(dòng)時(shí)應(yīng)及時(shí)查找原因，排查故障。天線下方有任何障礙物都有可能使信號(hào)變?nèi)醵斐蓽y(cè)量偏差。因此，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)是瀝青或揮發(fā)性較強(qiáng)的介質(zhì)時(shí)，要定期對(duì)天線進(jìn)行清洗。
d.接線端口?，F(xiàn)場(chǎng)接線端子一定要進(jìn)行密封隔離，以免液體侵入造成電源短路、接線端子和電路板腐蝕。
4 故障現(xiàn)象及解決方法
雷達(dá)液位計(jì)的故障點(diǎn)有很多，在處理時(shí)通過(guò)逐步細(xì)化功能段，借助測(cè)量?jī)x表工具用排除法解決。首先要初步判定故障是在雷達(dá)設(shè)備還是在 DCS 控制部分，具體方法是對(duì)雷達(dá)進(jìn)行單獨(dú)通信，如果正常，說(shuō)明是 DCS 出現(xiàn)問(wèn)題。如果確定雷達(dá)設(shè)備故障，需判斷是硬件還是軟件故障，如果是軟件故障則要利用調(diào)試軟件進(jìn)行查看; 硬件則需判斷是機(jī)械部分還是電氣部分，并分析判斷有可能出現(xiàn)故障的模塊，然后用正常模塊進(jìn)行替代，逐步排除，找到故障點(diǎn)。有時(shí)也可能是幾個(gè)故障點(diǎn)共同引起的，就要用替換法找出故障所在。筆者列舉兩個(gè)典型的實(shí)例來(lái)闡述故障處理的一般方法。
5 結(jié)束語(yǔ)
雷達(dá)液位計(jì)的良好應(yīng)用對(duì)石油液位的準(zhǔn)確計(jì)量甚為關(guān)鍵，特別是雷達(dá)液位計(jì)、執(zhí)行裝置與DCS/FCS 相結(jié)合的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的投運(yùn)，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。
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