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雷達(dá)液位計(jì)在大型油庫儲罐的應(yīng)用及選型建議
發(fā)布時(shí)間:2018-06-26 01:12:00??點(diǎn)擊次數(shù):1650次
摘要:目前隨著油庫自動計(jì)量系統(tǒng)的不斷改進(jìn),出現(xiàn)了各種形式的儲罐液位計(jì)及庫存管理系統(tǒng)。高精度液位計(jì)中應(yīng)用范圍*廣的就是雷達(dá)液位計(jì)。雷達(dá)液位計(jì)有多種形式和不同的安裝方式。應(yīng)用人員在設(shè)計(jì)選型容易混淆,文章從工作原理、介質(zhì)特性、天線形式和安裝注意事項(xiàng)幾方面進(jìn)行研究分析,結(jié)合在大型油庫的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),給出了選型建議。
目前國內(nèi)外用于貿(mào)易交接計(jì)量的儲罐液位自動計(jì)量系統(tǒng)通常是混合式油罐測量系統(tǒng)(HTMS,hybridtan kmeasurement system)。HTMS中*常用的就是雷達(dá)液位計(jì)。雷達(dá)液位計(jì)沒有活動部件,沒有機(jī)械磨損,實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)工作時(shí)間一般都能達(dá)到10年,不污染環(huán)境,安裝方便。當(dāng)儲罐內(nèi)介質(zhì)比較粘稠、腐蝕性強(qiáng)時(shí),非常適用。雷達(dá)液位計(jì)的精度高,工作溫度范圍寬,*大工作壓力可達(dá)4MPa,測量范圍為0~40m。通過采用不同的天線形式及導(dǎo)波管的應(yīng)用能夠滿足測量大部分儲罐液位的要求。
1、工作原理及分類
滿足貿(mào)易交接計(jì)量精度(±1mm)的雷達(dá)都是非接觸式雷達(dá)液位計(jì)。從測量原理上基本分為2大類:
(1)基于時(shí)間差法(time of flight):天線發(fā)射以光速傳播的電磁波,當(dāng)滯后一段時(shí)間電磁波碰到液面后,會反射回來。距離與滯后時(shí)間成正比,儀表通過測出從發(fā)射到接受之間的滯后時(shí)間,來確定設(shè)定面與反射面之間的距離(空高)。
(2)復(fù)合調(diào)頻式原理(FMCW)。線性調(diào)頻的等幅微波信號通過天線發(fā)射出去,遇到障礙物時(shí)被反射回來,延遲一段時(shí)間后,儀表接受被反射回來的微波信號,并與部分發(fā)射波混頻。混頻輸出信號的頻率與被測距離成正比。當(dāng)固態(tài)源的調(diào)制頻率和頻偏一定時(shí),只要測出差頻頻率,通過信號處理技術(shù)就可以計(jì)算得到距離(空高)。
2、液位測量影響因素
2.1 罐內(nèi)溫度對儀表測量精度的影響
雷達(dá)天線發(fā)射的電磁波在真空中也可以傳播。在空氣中傳播時(shí),溫度變化基本不影響其傳播速率。當(dāng)被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí),其帶來的反射時(shí)間變化很小。
2.2 罐內(nèi)壓力對儀表測量精度的影響
微波傳播幾乎不受空氣密度變化的影響,因此雷達(dá)液位計(jì)能在真空或受壓狀態(tài)下正常工作,真空狀態(tài)下微波傳播速率相對空氣狀態(tài)下僅變化0.029%;但當(dāng)操作壓力高到某一范圍時(shí),壓力對測量帶來的誤差就不容忽視。
2.3 介質(zhì)特性對測量的影響
液體介質(zhì)的相對介電常數(shù)、液體表面的穩(wěn)定程度和氣泡等因素都會影響雷達(dá)波信號的反射,可能導(dǎo)致液位計(jì)無法正常工作。
雷達(dá)液位計(jì)測量罐內(nèi)液面時(shí),*好是穩(wěn)定的,規(guī)則的液面。但是當(dāng)液體有流進(jìn)流出時(shí),會有波浪使液面波動,在生產(chǎn)過程中還可能出現(xiàn)沸騰或起泡沫的現(xiàn)象,使液面變得模糊。
電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí),介質(zhì)的介電常數(shù)越小,衰減率越大,衰減率大了反射率就小。所以介電常數(shù)小--反射率弱--信號強(qiáng)度低。當(dāng)被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)小到一定值時(shí),雷達(dá)波的有效反射信號衰減過大,儀表接受到的反射波能量過小,再加上干擾波會導(dǎo)致液位計(jì)無法正常工作。不同公司的雷達(dá)液位計(jì)對*小相對介電常數(shù)的要求是不同的,這是因?yàn)榻殡姵?shù)的大小與溫度和電磁場有關(guān)。但是通過其他措施減少電磁波反射能量損失或提高儀表內(nèi)部的信號處理技術(shù),儀表對相對介電常數(shù)*低值的硬性要求也越來越小。
目前主要廠商(如:Honeywell,Saab)的產(chǎn)品可以測量相對介電常數(shù)只有1.2的介質(zhì)。
對于沸騰或擾動大的液面或被測介質(zhì)介電常數(shù)小,或?yàn)橄齼?、容器結(jié)構(gòu)形狀可能導(dǎo)致的干擾影響,應(yīng)采用導(dǎo)波管及其它措施,增強(qiáng)回波信號,以確保測量精度。
3、天線形式及設(shè)計(jì)選型
天線的結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì),應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的特性,儲罐類型、開口、罐內(nèi)溫度、壓力等因素確定。常見的形式有喇叭形(錐形)天線,拋物面天線,導(dǎo)波管陣列(平面)天線和棒狀天線等。
對于常規(guī)的拱頂罐,雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)是喇叭形(錐形)天線設(shè)計(jì),可無需使用導(dǎo)向管,且可以靠近罐壁安裝,并保證測量的準(zhǔn)確度。
對于比較粘稠和需要伴熱的拱頂罐,具有抗粘連能力的拋物面天線雷達(dá)非常適合,通常不用設(shè)導(dǎo)波管。
對于浮頂罐,雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)采用平面天線設(shè)計(jì),以便于安裝在油罐的導(dǎo)波管上。
對于高壓球罐,天線形式為加長喇叭口天線配導(dǎo)波管,還要配套提供一體化球閥,便于雷達(dá)液位計(jì)在帶壓狀態(tài)下的維護(hù)。為了在儲罐帶壓運(yùn)行條件下進(jìn)行測量校驗(yàn),需要安裝參考設(shè)備:在導(dǎo)波管孔內(nèi)的參考針以及位于下方管道末端的帶參考環(huán)的反射板可在固定距離和已知的距離提供參考回波。
4、安裝注意事項(xiàng)
雷達(dá)液位要杜絕安裝儲罐頂部的中心處,這是因?yàn)樘炀€發(fā)射的電磁波是在罐內(nèi)整個(gè)空間傳播的,罐壁和罐底反回來的電磁波會集中在中心處,形成很大的干擾,會淹沒正常的從介質(zhì)表面反射回來的電磁波。
采用喇叭天線雷達(dá)液位計(jì),天線伸出接管至少10mm,如果在容器上的接管長度無法滿足上述要求,可以使用天線延伸管或咨詢制造廠設(shè)計(jì)合適的接管長度。
沒有配置導(dǎo)波管的雷達(dá)液位計(jì)根據(jù)天線形式的不同,所要求的儀表安裝連接短管距罐內(nèi)壁的距離也不同。通常,液位計(jì)連接短管中心距管內(nèi)壁的距離不宜小于波束寬的1/2。波束寬=2×測量距離×tan(波束角/2),波束角為雷達(dá)波能力密度達(dá)到*大值的一半時(shí)的角度。當(dāng)天線發(fā)射的微波頻率固定時(shí),尺寸越大,波束角越小。拋物面天線相比于喇叭形天線,波束寬要小的多。