石二靜

（靈石縣中煤九鑫焦化有限責任公司， 山西 晉中 031307）

0 引言

石油化工領(lǐng)域的測量工作以接觸式的測量儀器為主，而原油中含有的雜質(zhì)及其他成分會在一定程度上污染測量儀器，或造成儀器的腐蝕，從而影響儀器的性能及測量精度。隨著雷達液位計被開發(fā)，非接觸式測量就成了石油化工領(lǐng)域的主流測量方法。相比傳統(tǒng)測量儀器，雷達液位計是靠雷達發(fā)出的聲波進行測量，因而能夠免受泡沫、煙霧、蒸汽及其他介質(zhì)的影響，并表現(xiàn)出高水準的測量精度。但原油的成分及測量環(huán)境依然具有很高的復雜程度，其生產(chǎn)過程更使得測量環(huán)境整體上并不理想，因此雷達液位計也常出現(xiàn)各種各樣的故障，這就意味著相關(guān)工作人員必須進行液位計常見故障的分析及處理工作，來保證生產(chǎn)作業(yè)正常進行。

1 測量原理

雷達液位計的測量工作主要依靠雷達聲波技術(shù)手段實現(xiàn)，其原理是對聲波技術(shù)的應用。液位計在設(shè)計時采用了一體化的設(shè)計概念，由于整個液位計中不存在傳動裝置，因此能夠最大限度避免機械磨損影響性能的情況，具有較長的使用壽命。且聲波的特征意味著液位計能用于幾乎所有液體的測量（應用過程中聲波遭遇的各種介質(zhì)都會產(chǎn)生足夠的反射波），非接觸式的測量方式也意味著液位計不會受到液體物理特性的影響，因而不需要再考慮測量液體濃度及密度對測量精度造成的影響[1]。最后，這種液位計的測量區(qū)間最大可達到0～35 m，即使是高溫、高壓狀態(tài)下的液體也能夠有效測量。

液位計的測量完全依靠微波實現(xiàn)，其上裝置了用于發(fā)生微波的高頻振蕩器，由振蕩器散發(fā)出的微波在經(jīng)輻射天線的引導之后可向固定方向發(fā)射（石油化工行業(yè)通常向下發(fā)射），以光速擴散的微波在遭遇液體上表面之后會被吸收一部分，而另外一部分微波則會被反射，遭反射回的這部分微波會被液位計上的接收裝置檢測到。通常在計算發(fā)射及接收時間后對照微波的傳遞速度可計算出微波發(fā)射位置與液面的距離，進而實現(xiàn)液位的精準測量，但也有為確保精度應用其他參數(shù)關(guān)系測量的案例，液位計工作原理圖如圖1 所示。

以第一種測量方式為例，應用這種測量方式的液位計一般具有固定的發(fā)射頻率，通過智能化信號處理器測量液位高度，其測量公式為：

式中：t 為脈沖時間；c 為光速，取300 000 km/s；d 為液位計與被測液體表面的距離。

在這種情況下的液位計算公式為：

式中：l 為液位；e 為罐體總高度。

但部分情況下微波會出現(xiàn)虛假反射，此時則可應用微處理技術(shù)或最新的測量軟件（以ECHOFOX 較為多見）精準分析反射回的微波。

除了這一常見測量方式，其他測量方式中以測量發(fā)射波與反射波在頻率上的差別較為多見，得出的頻率差可經(jīng)過某種方法換算成電信號，該電信號通常與被測液體表面存在某種比例關(guān)系[2]。在這種情況下應用的液位計在發(fā)射頻率上并不固定，具備一定的可調(diào)節(jié)功能，但應用時會有較大的使用難度。最后，液位計同樣可以用于空倉測試。

2 液位計測量精度影響因素

盡管液位計具有較高的測量精度，但出現(xiàn)某些情況時其測量精度同樣會受到影響。與傳統(tǒng)液位計不同，這種液位計在測量過程中會將罐體納入測量范圍，也就是說罐體本身及原油內(nèi)的其他障礙物同樣會反射微波，進而對測量結(jié)果形成一定的干擾，其影響因素通常包括以下幾方面內(nèi)容。

1）液位計本身的影響因素：儀表內(nèi)部、天線連接處、安裝短管處存在的阻抗躍變；儀表零部件出現(xiàn)故障；

2）罐體的影響因素：罐內(nèi)障礙物的微波反射、罐璧及罐頂或罐底形成的多次反射；

3）微波本身的狀態(tài)：微波因?qū)Рü軆?nèi)壁平整程度及直徑出現(xiàn)的行程時間變化；

4）液體狀態(tài)：液體處于不平靜狀態(tài)或表面有雜物時對微波形成的干擾（主要以液面在攪拌過程中、液面出現(xiàn)湍流或液面有泡沫漂浮較為多見）；

5）環(huán)境因素：冷凝水同樣會在天氣寒冷時影響微波反射狀態(tài)。

3 液位計常見故障分析與處理策略

3.1 測量結(jié)果存在誤差

某些情況下在應用液位計測量罐內(nèi)液位高度時，在經(jīng)其他測量方法驗證后發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果存在明顯誤差，液位實際高度與測量結(jié)果出現(xiàn)數(shù)10 cm 的差距。導致這種情況出現(xiàn)的一種可能，是包括罐體、罐高等基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)置存在偏差；另一種可能則是液位計的狀態(tài)不正常。

解決方法是尋求罐體工藝人員的技術(shù)支持，重新獲取罐體參數(shù)并核對，核對完確認無誤之后再次設(shè)置正確的罐體高度。如果依然出現(xiàn)有誤差存在的情況，就檢查液位計的狀態(tài)[3]。某些情況下液位計天線上存在因冷凝現(xiàn)象出現(xiàn)的水珠，在這種時候就需要將液位計斷電，拆下液位計上的微波發(fā)射頭并進行清理，待發(fā)射頭完全干燥之后裝上，重新啟動液位計來觀察指數(shù)是否正常。

3.2 測量值出現(xiàn)明顯波動

在應用液位計測量油位高度的時候，偶爾會出現(xiàn)測量值不穩(wěn)定（在一個小范圍區(qū)間內(nèi)反復跳動）的情況，這與企業(yè)油品的狀態(tài)有很大關(guān)系。經(jīng)大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，如果油田接卸的油品長期存在黏度較大的情況，那么在原油液位下降（抽走原油之后）后導波管內(nèi)會出現(xiàn)非常明顯的掛壁現(xiàn)象（液體涂掛于導波管內(nèi)壁，難以在重力作用下脫離）。這部分凝聚在導波管內(nèi)壁的液體會在微波發(fā)射過程中形成干擾波，進而影響到液位計的測量效果。還有另一種情況是因油品的油氣導致，油品在伴熱過程中會出現(xiàn)大量蒸騰的油氣，而這種油氣中含有難以查明的多種雜質(zhì)，其中部分有腐蝕性的雜質(zhì)會影響到導波管，在油氣得不到及時且充分排除的情況下，導波管會受到強烈的腐蝕并滋生鐵銹，從而影響到微波的發(fā)射，導致測量值出現(xiàn)波動的情況出現(xiàn)。

解決方法是在測量過程中注意觀察微波的狀態(tài)，如果微波中出現(xiàn)的雜波強度較低，則可視情況適當調(diào)高雷達的感應下限，以使液位計能夠有效屏蔽雜波；如果雜波表現(xiàn)出的強度較高，就需要在之后進油時增加伴熱的強度和時間，通過充分伴熱的策略加速掛壁油污的融化，清除因?qū)Рü軆?nèi)油污造成的干擾。

3.3 測量值鎖定

測量值鎖定的故障原因通常在導波管遭到障礙物強干擾的情況下出現(xiàn)，此時因障礙物產(chǎn)生的回波具有比較高的強度（微波遭遇這種障礙物會產(chǎn)生強烈反射），查看回波強度時往往會發(fā)現(xiàn)一個比較大的數(shù)值。這種障礙在液位計安裝測試過程中較為頻繁出現(xiàn)。

解決方法是檢查液位計的安裝狀態(tài)，對于導波管、延長桿這種微波經(jīng)過的區(qū)域更需要仔細檢查。在未發(fā)現(xiàn)有障礙物但仍存在測量值鎖定（強干擾）的情況下，則需要將檢測到的回波注冊為虛假回波，之后障礙物所造成的干擾回波會被忽略；另外還需要檢查液位計電子模塊的運行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)電子模塊運行狀態(tài)異常，則需要聯(lián)系維修人員及時進行檢修更換。在最初安裝液位計的時候，應嚴格遵循一系列安裝事項，確保液位計垂直向下安裝，安裝時還應確保電纜入口的連接電纜向下以排走冷凝水，并保證微波發(fā)射天線與測量介質(zhì)表面有5 cm 以上的距離，安裝位置上應盡可能選擇罐體半徑的一半左右，嚴禁安裝在容器正中上方位置，且應當保持傳感器與罐璧之間有一定的距離。

3.4 液位過低時測量精度下降

某些情況下測量時會獲得明顯的干擾波，或是出現(xiàn)無法測量的情況，這種情況一般在油品低液位測量或是罐底過程中發(fā)生。導致這種情況出現(xiàn)的原因是微波在發(fā)射出去之后穿過油品，經(jīng)罐底反射而上；罐體在底部呈凹型設(shè)計或是錐形設(shè)計同樣會出現(xiàn)這種情況（微波無法接觸到油品表面而是直接接觸罐底），解決方法是換用其他的液位計量方式。

部分時候在進油工藝操作過程中會因為高溫產(chǎn)生蒸汽，而微波在觸及蒸汽時會形成漫反射，進而導致無法測量的情況出現(xiàn)。這種情況的解決方法是待進油工藝完全完成后，等到溫度下降罐內(nèi)水蒸氣冷凝或是散盡之后再進行測量。

4 結(jié)語

本文只是給出了雷達液位計較常見的故障及解決方式，實則這種液位計最早出現(xiàn)之后主要應用在軍工領(lǐng)域，時至今日已經(jīng)歷經(jīng)了多年的發(fā)展，擁有了較為成熟的技術(shù)體系，儀器在性能上已經(jīng)獲得大幅提升，同時測量精度也達到了一個非常高的水準，運行過程中的穩(wěn)定性同樣獲得了可靠保障。依靠液位計本身高測量精度、免接觸測量方式等各方面優(yōu)勢，這一設(shè)備在石油化工行業(yè)中的應用依然有著非常良好的前景。