西門(mén)子雷達液位計在石油化工領(lǐng)域的應用
一、前言
儲罐是油田煉油廠(chǎng)、油庫、石油碼頭及各大石化企業(yè)普遍需要使用的存儲設備，通過(guò)對儲罐內的液體介質(zhì)（各種石油化工產(chǎn)品）的溫度、壓力、液位、密度等參數的測量，可以計算出儲罐中液體的體積量及質(zhì)量?jì)α?，以?shí)現現代化生產(chǎn)中對資產(chǎn)管理的需求。
儲罐對液位測量的要求不同，一般可分為過(guò)程級及貿易級兩種。貿易級液位計的精度要求非常高，需要對罐內的進(jìn)行測量，一般要求測量精度達到±1mm；而過(guò)程級液位計的精度要求一般是在±5～15mm之間，相對而言對液位計測量可靠性和穩定性要求更為嚴格，測量目的一般是為了防止油罐冒頂、抽真空等事故的發(fā)生。
各種儲罐的大小和種類(lèi)各不相同，所測量介質(zhì)的特性和工藝條件也各不相同，因此只有從客戶(hù)的實(shí)際情況出發(fā)，合理的選擇液位計及設計液位測量解決方案，才能使客戶(hù)的投資優(yōu)化。
二、儲罐液位測量技術(shù)
目前用于儲罐的液位測量技術(shù)非常多。根據測量方式，可以分為接觸式和非接觸式。
接觸式測量方法主要有人工檢測尺、浮子式鋼帶液位計、伺服式液位計、靜壓式液位計、磁致伸縮液位計、射頻導納液位計等。
非接觸式測量方法主要有超聲波液位計、雷達液位計等。
其中目前市場(chǎng)上常用的可以滿(mǎn)足貿易級液位計要求的測量方式有：磁致伸縮液位計、伺服式液位計、雷達液位計、靜壓式液位計等，靜壓式液位測量系統（HTG）因為過(guò)于過(guò)于復雜，維護量大等缺點(diǎn)，使用量越來(lái)越少。而雷達液位計作為一種高精度的液位測量方式，因其量程大、安裝方便、維護量低等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的得到客戶(hù)的認可和接受；而且近幾年，雷達液位計的價(jià)格也逐年降低，也使很多普通的用戶(hù)也開(kāi)始采用起雷達液位計作為儲罐的液位測量方案。
三、雷達液位測量原理及特點(diǎn)
雷達液位計又稱(chēng)微波液位計（Radar），是取英文詞組“RAdioDetectionAndRanging”的詞頭字母而來(lái)的縮寫(xiě)詞。微波物位計朝一個(gè)目標發(fā)射電磁波，電磁波井發(fā)射后返回發(fā)射源。安裝在發(fā)射源處的接收器捕獲到反射波，并把它與發(fā)射波作比較，確定目標的存在和它到發(fā)射源的距離。
目前市場(chǎng)常見(jiàn)的微波物位計采用的工作原理主要有FMCW（連續調頻）和脈沖兩種。
FMCW雷達液位計采用線(xiàn)性的調制的高頻信號，一般都是采用10GHz或24GHz微波信號。它是一種基于復雜數學(xué)公式的間接測量方法，由頻譜計算出物位距離。天線(xiàn)發(fā)射出被線(xiàn)性調制的連續高頻微波信號并進(jìn)行掃描，同時(shí)接收返回信號。發(fā)射微波信號和返回的微波信號之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成一定比例關(guān)系。
脈沖雷達液位計，與超聲波技術(shù)相似，使用時(shí)差原理計算到介質(zhì)表面的距離。設備傳輸固定頻率的脈沖，然后接收并建立回波圖形。信號的傳播時(shí)間直接與到介質(zhì)的距離成一定比例。但是與超聲波使用聲波不同，雷達使用的是電磁波。它利用好幾萬(wàn)個(gè)脈沖來(lái)“掃描”容器并得到完整的回波圖。
雷達液位計的典型波段為5.8GHz、10GHz、24GHz。通常我們稱(chēng)5.8GHz（或6.3GHz）的頻率為C波段微波；10GHz的頻率為X波段微波;24GHz（或26GHz）的頻率為K波段微波。
由于雷達液位計的增益系數和波束角的大小和微波的波長(cháng)以及雷達液位計的喇叭口尺寸大小有關(guān)系。因此，越來(lái)越多的雷達液位計制造商開(kāi)始研發(fā)采用高頻率微波技術(shù)來(lái)改善雷達液位計的性能。同時(shí)，采用高頻技術(shù)后，可以在提高雷達性能的同時(shí)，大大縮小天線(xiàn)的尺寸，使安裝更加方便。
由于雷達液位計采用的微波是一種電磁波，在傳播的過(guò)程不需要傳輸媒介的傳遞，因此基本上不需要考慮揮發(fā)性氣體和蒸汽、溫度、壓力（真空）、甚至粉塵的影響。而且，由于是基于回波反射測距的原理（TOF），對雷達液位計來(lái)說(shuō)，不存在磨損等問(wèn)題，因此基本不需要維護；頂部安裝的方式也使安裝更加方便；而且由于微波的特性，相對其它液位測量方式，它的精度一般都能達到0.1%（全量程）的精度。由于雷達液位計具有這不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的儲罐用戶(hù)開(kāi)始采用雷達液位計來(lái)替代其他技術(shù)。
四、解決方案
西門(mén)子公司從1998年推出*臺智能化的雷達液位計IQ160開(kāi)始，陸續推出了基于各種工作原理和采用不同頻率的雷達液位計，形成較齊全的產(chǎn)品線(xiàn)，能夠滿(mǎn)足各種不同過(guò)程工藝、介質(zhì)的測量需求。
SitransLR系列雷達目前包括ProbeLR,LR200,LR300和LR400四個(gè)系列產(chǎn)品。
ProbeLR是一款性?xún)r(jià)比*的一款雷達液位計。它是一個(gè)兩線(xiàn)制回路供電的，5.8GHz頻率雷達液位計，用于測量?jì)藓瓦^(guò)程罐中液體和漿料的物位和體積。ProbeLR是揮發(fā)性化學(xué)品、溫度梯度、真空或者常壓等工況的理想選擇，比如油庫、化學(xué)儲罐、化學(xué)反應罐和長(cháng)量程應用。它的量程為20m，精度為全量稱(chēng)的0.1%（如圖1）。
LR200在兼具了ProbeLR的所有優(yōu)點(diǎn)的基礎上，還提供了各種不同規格的安裝方式（包括各種規格法蘭和螺紋）和不同的天線(xiàn)的選擇（包括喇叭口天線(xiàn)、桿式天線(xiàn)、導波管天線(xiàn)等），極大程度地滿(mǎn)足不同過(guò)程工藝的需求。
ProbeLR和LR200都采用了一體化全封裝的儀表外殼，使儀表具有較好的密封性、抗打擊能力、抗腐蝕能力。
SITRANSLR400是長(cháng)量程的連續調頻（FMCW）雷達物位儀表，可以用于高達50米的儲罐的測量，及時(shí)用于測量介電常數較低的介質(zhì)（輕油、液化氣等）也能得到*的測量效果。24GHz和高信噪比的特性能得到非凡的信號反射，而與介質(zhì)的介電常數無(wú)關(guān)。它還具有先進(jìn)的回波處理算法，能為惡劣的固體應用提供可靠的測量。它的測量精度為±5mm（如圖2）。
根據儲罐介質(zhì)的特性，這里將各種儲罐測量分為輕油及原油、重油、瀝青、液化氣、腐蝕性介質(zhì)五種。
五、結束語(yǔ)
通過(guò)近幾年對雷達液位計在石油化工領(lǐng)域的應用研究，以及西門(mén)子不斷進(jìn)行新產(chǎn)品新技術(shù)的研發(fā)，西門(mén)子雷達液位計在各種儲罐的應用也越來(lái)越成熟，成功的案例也越來(lái)越多。筆者相信隨著(zhù)雷達技術(shù)的發(fā)展和成熟，雷達液位計會(huì )逐步成為儲罐液位測量的主流。
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