裴冬冬　牛瑞慶

摘要：通過介紹石油化工儲(chǔ)罐雷達(dá)液位表的設(shè)計(jì)作為實(shí)例，著重對(duì)其設(shè)計(jì)的原理、特點(diǎn)以及實(shí)際安裝應(yīng)用進(jìn)行論述。為我國(guó)石油化工儲(chǔ)罐液位儀表的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用提供一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：石油化工儲(chǔ)罐液位儀表設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TE972.07 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（c）-0081-01

隨著我國(guó)石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，石油化工儲(chǔ)罐液位儀表也朝著高度自動(dòng)化、多功能與高精度不斷發(fā)展。常見的石油化工儲(chǔ)罐液位測(cè)量?jī)x表包括雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)、伺服式液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、差壓式液位計(jì)、浮體式液位計(jì)等。

1石油化工儲(chǔ)罐雷達(dá)液位儀表的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原理

雷達(dá)液位計(jì)的工作原理就是發(fā)射-反射-接收。雷達(dá)傳感器天線將電磁波信號(hào)以波束形式進(jìn)行發(fā)射，在被測(cè)物料的表面，發(fā)射波會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，同時(shí)天線將反射的回波信號(hào)進(jìn)行接收。而對(duì)于發(fā)射與反射波束的采集，則利用超聲采樣的措施實(shí)現(xiàn)。智能處理器將接收到的信號(hào)進(jìn)行處理后，計(jì)算得到探頭與介意的間距，而后在終端顯示器將處理結(jié)果進(jìn)行操作、報(bào)警、顯示等。由于雷達(dá)液位計(jì)所發(fā)送的微波脈沖的特點(diǎn)是能量低、極短且以光速運(yùn)行，其運(yùn)行的時(shí)間能夠借助電子部件轉(zhuǎn)化為物位信號(hào)，從而在短時(shí)間內(nèi)保證其測(cè)量的精確性與穩(wěn)定性。如果在處理較為復(fù)雜的工作情況時(shí)，即使有虛假回波存在，也能夠利用調(diào)試軟件與微處理技術(shù)將物位回波準(zhǔn)確的分析出來。

目前雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量方法分為兩種，一是脈沖式；二是調(diào)頻連續(xù)波式。前者在時(shí)域中實(shí)現(xiàn)信號(hào)分析且精度較低，后者在頻域中實(shí)現(xiàn)信號(hào)分析且精度較高。

1.2 雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

在惡劣工作條件下能夠?qū)崿F(xiàn)精確的測(cè)量是雷達(dá)液位計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)，不管是漿狀、粉塵狀、液體還是固體或是介質(zhì)具有腐蝕性、毒性等狀況下，雷達(dá)液位計(jì)都能夠?qū)崿F(xiàn)精確測(cè)量。其主要優(yōu)點(diǎn)包括。

（1）適用范圍廣。雷達(dá)液位計(jì)適用于各類形狀儲(chǔ)罐液位的測(cè)量，包括圓柱錐體、柱形、臥形、球形等，而以罐體功能來劃分，則包括旁通管、微波管、緩沖罐、儲(chǔ)罐，從介質(zhì)來劃分，則包括料漿、顆粒、液體等。

（2）安全節(jié)能。雷達(dá)液位計(jì)所發(fā)射的微波功率較小，通常情況下不超過每平方厘米0.03MW，金屬容器的外壁靜電就能夠?qū)ζ淦鸬狡帘巫饔?，因此雷達(dá)液位計(jì)的使用并不會(huì)受于場(chǎng)地的限制，同時(shí)對(duì)人體也不會(huì)產(chǎn)生任何危害。

（3）可靠性強(qiáng)且準(zhǔn)確。雷達(dá)液位計(jì)所發(fā)射的微波不會(huì)受到干擾，由于微波不會(huì)直接接觸被測(cè)介質(zhì)，因此得到了更為廣泛的應(yīng)用，包括在料位測(cè)量、液位測(cè)量或是真空測(cè)量上。同時(shí)隨著儲(chǔ)罐新材料、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，雷達(dá)液位計(jì)同樣能夠提供長(zhǎng)期穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠的數(shù)字量或模擬量物位信號(hào)數(shù)據(jù)。

（4）適用介質(zhì)廣。與可見光相同，微波信號(hào)能夠?qū)臻g起到穿透作用，而被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)與導(dǎo)電性直接決定了雷達(dá)微波的發(fā)射功率。越大的介電常數(shù)，就能產(chǎn)生越好的回波反射效果。

（5）準(zhǔn)確精度高。由于電磁波不會(huì)受到外界環(huán)境條件的影響與干擾且與儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)并不產(chǎn)生直接接觸。排除了氣體、溫度、壓力等的影響后，就能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、快速地對(duì)不同介質(zhì)的液位進(jìn)行測(cè)量。

2石油化工儲(chǔ)罐雷達(dá)液位儀表的應(yīng)用

雷達(dá)液位儀表的天線形式包括桿狀天線、拋物面天線、錐體天線等。其中桿狀天線的特點(diǎn)是尺寸較小，其適用于測(cè)量腐蝕性或具備衛(wèi)生要求的化工物料中的應(yīng)用；而拋物面天線則適用于測(cè)量固料與液體的應(yīng)用，由于拋物面天線的直徑最大，相對(duì)其它的雷達(dá)波束也最窄，同時(shí)這種特性也使其能夠適用于長(zhǎng)距離測(cè)量，又因其最不敏感的就是環(huán)境的污染條件，因此也可適用于液態(tài)硫磺、瀝青等嚴(yán)酷環(huán)境下的液位測(cè)量；錐體天線由適用于測(cè)量大范圍應(yīng)用場(chǎng)合，通常安裝于導(dǎo)波管或是罐頂之上。

目前在我國(guó)普為常見的雷達(dá)液位計(jì)的品牌包括ENRAF、KROHN、E+H、SAAB等，雖然從特點(diǎn)與技術(shù)性能上來看，它們都不盡相同，但其實(shí)現(xiàn)原理基本相仿。

ENRAF雷達(dá)液位計(jì)所采用的是調(diào)頻連續(xù)波式，其為四線制，精度±1mm，屬于數(shù)字平面技術(shù)智能液位儀表。E+H為四線制，精度±3mm，發(fā)射頻率為10GHz。KRONH NE為兩線制，雷達(dá)頻率26GHz，當(dāng)其測(cè)量范圍超過10m時(shí)，精度±0.03%，而當(dāng)測(cè)量范圍低于10m時(shí)，精度±3mm。SAAB雷達(dá)液位計(jì)的頻率則為10GHz，分為高精度型、標(biāo)準(zhǔn)型與輕型三種，為兩線制或四線制，其精度分別為±5mm、±10mm與±10mm。

計(jì)量級(jí)高精度的雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理所用的是FMCW式，即調(diào)頻連續(xù)波式。除了瀝青、燃料油等易冷凝且大粘度的儲(chǔ)罐所使用的是拋物面天線之外，其余儲(chǔ)罐一般使用的都是錐體天線形式。同時(shí)導(dǎo)波管被設(shè)計(jì)于內(nèi)浮頂罐內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量?jī)?chǔ)罐的液位，同時(shí)設(shè)置就地指標(biāo)表于地面，實(shí)時(shí)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)的液位值進(jìn)行顯示，以便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行檢查與維護(hù)。

而在安裝雷達(dá)液位計(jì)的過程中，則應(yīng)注意與罐壁的間距，同時(shí)應(yīng)與罐體出入口與加熱盤管錯(cuò)開，從而保證測(cè)量雷達(dá)波能夠?qū)⒄鎸?shí)液位反映出來。同時(shí)應(yīng)設(shè)置保護(hù)罩于錐體天線之上，以避免介質(zhì)因冷凝而對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。而在內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐的導(dǎo)波管設(shè)置時(shí)，則應(yīng)保證儲(chǔ)罐的內(nèi)表面無毛刺且光滑并有對(duì)稱的小孔設(shè)置，使雷達(dá)回波的準(zhǔn)確性不受干擾與影響。最后，應(yīng)在儲(chǔ)罐透光孔上設(shè)置燃料油拋物面雷達(dá)液位計(jì)。

3結(jié)語

綜上所述，對(duì)石油化工儲(chǔ)罐的液位進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量是保證石油化工生產(chǎn)管理質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)實(shí)際情況來選擇相應(yīng)的液位測(cè)量?jī)x表，同時(shí)配置以自動(dòng)控制系統(tǒng)，也是實(shí)現(xiàn)石油化工生產(chǎn)自動(dòng)化管理的重要體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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