SAAB雷達(dá)液位計(jì)在液化石油氣球罐計(jì)量中的應(yīng)用

陳桂華 郭 猛

0 引言

在石化行業(yè)的石油煉制過程中，液化石油氣儲(chǔ)罐的液位測(cè)量和液體計(jì)量是一項(xiàng)常態(tài)化的工作。由于液化氣的介電常量εr<1.9，通常的微波或超聲波等在液化氣中的傳播能量會(huì)減弱，因而降低了測(cè)量精度，而液化氣球罐內(nèi)氣相壓力的變化對(duì)傳統(tǒng)的接觸式液位測(cè)量儀表測(cè)量精度的影響很大，因此對(duì)液化氣液位的測(cè)量沒有有效的方法，對(duì)液態(tài)液化氣的計(jì)量也沒有一個(gè)很好的解決辦法，這一問題已經(jīng)困擾我們多年。特別是在石油貿(mào)易方面經(jīng)常會(huì)因?yàn)橛?jì)量誤差而產(chǎn)生不必要的貿(mào)易摩擦，而傳統(tǒng)的計(jì)量方式又達(dá)不到需要的精度，因此，必須找到一種測(cè)量精度高，又能與石油化工自動(dòng)化很好地結(jié)合的液位測(cè)量儀表。Rosemount公司生產(chǎn)的用于液位測(cè)量和儲(chǔ)罐液體計(jì)量的SAAB雷達(dá)液位計(jì)，其微波的傳播能量不受惰性氣體及液化氣的影響，很好地解決了這些問題。該液位計(jì)及其Tank Master系統(tǒng)已經(jīng)于2012年在大連石化公司儲(chǔ)運(yùn)車間升級(jí)后投入使用，因計(jì)量誤差較小，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 雷達(dá)液位計(jì)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 雷達(dá)液位計(jì)的結(jié)構(gòu)

雷達(dá)液位計(jì)由雷達(dá)頭、導(dǎo)波單元和喇叭形天線、數(shù)據(jù)采集單元和上位機(jī)監(jiān)控軟件組成。雷達(dá)頭內(nèi)部包括微波發(fā)生器、電源卡、信號(hào)處理卡、模擬(電流)回路卡、和現(xiàn)場(chǎng)通訊卡等部件。

1)微波發(fā)生器：產(chǎn)生9.6～10.3GHz的微波信號(hào)。

2)電源卡：接收220V交流供電，并向雷達(dá)頭內(nèi)部各卡件/部件提供電源。

3)信號(hào)處理卡：通過該卡將雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)(液位信號(hào)、溫度信號(hào)、壓力信號(hào)等)進(jìn)行處理，再通過遠(yuǎn)程編程來保存這些特定監(jiān)測(cè)器數(shù)據(jù)，傳送至現(xiàn)場(chǎng)通訊單元FCU，F(xiàn)CU再與上位機(jī)進(jìn)行通訊。

4)模擬(電流)回路卡：接收本安的4～20mA電流輸入信號(hào)，并提供對(duì)應(yīng)的4～20mA輸出電流，用于現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表，也用于向SPC(信號(hào)處理卡)提供信號(hào)。

5)現(xiàn)場(chǎng)通訊卡：負(fù)責(zé)處理與外部裝置的通信， 不同的現(xiàn)場(chǎng)通信卡件對(duì)應(yīng)不同的協(xié)議 (Hart、FF、Modbus等)。本系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)通訊卡對(duì)應(yīng)的是Modbus協(xié)議。

1.2 雷達(dá)液位計(jì)的工作原理

如上文所述，雷達(dá)頭內(nèi)部的微波發(fā)生器產(chǎn)生9.6～10.3GHz的微波信號(hào)，該微波信號(hào)通過導(dǎo)波單元沿水平方向到達(dá)微波連接器，經(jīng)旋轉(zhuǎn)90°后，沿著微波連接器到達(dá)圓錐形天線并向下發(fā)射。當(dāng)微波遇到障礙物(金屬、液面等)時(shí)，一部分被吸收，一部分到達(dá)被測(cè)介質(zhì)表面后反射折回，由于能量損失，反射波的頻率有所降低，其頻差與此時(shí)儲(chǔ)罐的空高成正比(儲(chǔ)罐空高=儲(chǔ)罐總高-實(shí)際液位高度)。……