雷達液位計在罐區的應用

 

摘要：測量精度是油品儲運管理系統的主要指標，雷達是儲罐液位測量的最新應用技術之一。E+H雷達液位計采用回波法(TOF)儀表基本原理，其數字信號處理技術很強大，可以提高信號純凈度，能夠分析全反射譜，考慮假回波、蒸汽影響和其他因素，可以區分微弱的測量信號和很強的反射信號，避免了由于墻壁反射干擾效應造成的精度損失，使測量精度可達±3mm，完全滿足商業計量交接的要求。本文對我廠油品裝置所用的E+H雷達液位計的測量原理和結構特點進行了介紹，并對E+H雷達液位計的使用和一些常見的故障進行分析說明。

關健詞:液位；雷達；精度；儲罐；測量

 

1. 前言

近年來，隨著石油化工工業的發展，石化部門對油罐自動計量技術也越來越重視。由于目前采用的儲罐容量較大，而且很小的液位高度測量誤差就會帶來很大的容量誤差，因此油罐的計量精度要求非常高。這就需要我們借助于高科技的迅猛發展，將各種新技術、新方法應用到儲罐領域，使儲罐自動計量呈現出集功能、精度、現場一體化的新局面。雷達液位計是近些年來推出的適合這種要求的一種新型的油罐液位測量儀表。

我廠油品儲罐５３座(包括兩個零位罐),總容量76400立方米。包括原油罐區、渣油罐區、汽油罐區、柴油罐區等。罐的液位測量采用雷達液位計（主要是E+H和Enraf兩個廠家的）。

雷達測距操作起來并不容易，當微波信號向液面發射時，儲罐中的每一種障礙物都會引起不同的干擾波，這些干擾波與測量信號幾乎同時反射到天線上，需要進一步判斷才能找出真正的物位信號。E+H雷達液位計采用回波法(TOF)儀表基本原理，其數字信號處理技術很強大，可以提高信號純凈度，能夠分析全反射譜，考慮假回波、蒸汽影響和其他因素，可以區分微弱的測量信號和很強的反射信號，避免了由于墻壁反射干擾效應造成的精度損失，使測量精度可達±1～±3mm，完全滿足商業計量交接的要求。

1.本文主要介紹了在油品罐區應用的E+H雷達液位計。

2. E+H雷達液位計工作原理和結構

2.1 雷達液位計的工作原理

雷達是基于時間行程原理的“俯視”式測量儀表，儀表測量從參考點（儀表過程連接處）介質表面的距離，所以測量屬于間測量。探頭發出高頻脈沖沿纜繩傳播，當脈沖遇到介質表面時反射回來被儀表內部的接收器接收，并將距離信號轉換為物位信號。測量距離D與脈沖發出到接收所用的時間t成正比：

D = v×t/2 L = E –

D

 

圖1 雷達液位計工作原理圖

V：雷達波傳播速度。

t: 雷達波傳播時間。

E：通常稱為空標，就是空罐高度，即從雷達天線到罐底的距離。

D:測量值，這是雷達天線到液位的距離，這是雷達直接檢測的距離。 L:液位，雷達無法直接檢測液位高度，液位是由空標值減去測量值來得到。

B:盲區，通常指的是罐頂盲區，雷達無法檢測到的距離稱盲區.

2.2 雷達液位計的構成

我公司共使用了4種E+H雷達液位計，分別是FMP40、FMR240、FMR532、

2

FMR533雷達。其中FMR532、FMR533是帶罐旁儀高精度雷達，使用220V供電，通過罐旁儀通過V1總線通訊。而FMP40和 FMR240包括油罐溫度變送器都采用PROFIBUS總線通訊并由總線供電。

 

 

 

圖2 幾種型號的雷達液位計

圖3是E+H雷達液位計表頭的分解圖，圖上可以清晰的了解到其表頭各個部分組成。這些組件都可以進行更換。

 

圖3 E+H雷達液位計表頭組成

 

3. E+H雷達液位計的使用和維護

3.1 E+H雷達調試菜單的基本結構

在日常維護中我們對E+H雷達液位計的調校一般是通過其顯示面板VU331來進行的。其操作菜單分為兩級：

3.1.1 功能組（00 ，01， 03...0C ，0D）

儀表的各操作選項被分配到不同的功能組中，可供選擇的功能組包

括：“基本設定”，“安全設置”，“ProfiBus 參數”，“顯示”等等。 3.1.2 功能（001，002， 003 ...0D8 ，0D9）

每個功能組包括一個或多個功能。這些功能執行具體的操作或進行

參數設置。在功能中可進行參數的選擇與存儲，以及數據的輸入。“基本設定”功能組可供選擇的功能包括“罐體形狀（002）”，“介質特性（003）”，“過程條件（004）”，“空罐標定（005）”等等。 3.1.3 操作矩陣

3.2

E+H雷達液位計的常見故障

3.2.1液位計測量不準確，與檢尺值有偏差的原因及處理： 3.2.1.1空罐值設置不正確，設置正確的空罐值（005）既可。

 

3.2.1.2在測量范圍內有干擾，只要做回波抑制（05）既可。如何判斷

測量誤差是由空罐高度設置不正確還是干擾引起：根據經驗，

測量誤差大于0.5m以上多為干擾造成，小于0.5m為空罐高度

設置不當造成。

3.2.2 測量值有波動的原因及處理：

3.2.2.1 錯誤的回波抑制造成。錯誤的回波抑制造成有效回波將很

小甚至無回波，刪除錯誤的回波抑制。重新做回波抑制。

3.2.2.2 設置正確的過程條件（004）。

3.2.3 部分液位計在測量過程中突然跳到最大值的原因及處理：

此現象發生在FMP40中，現場纜式雷達安裝短管過長，且無對中

圓盤，導致進油或出油過程中纜繩擺動，使纜繩靠近安裝短管，產生錯誤的回波。處理方法有二：

3.2.3.1 加大盲區值（059）到0.5-1m；

3.2.3.2 在顯示值跳到最大值后，做合適的回波抑制。

3.2.4 個別液位計存在非線性誤差，即高液位時準確，低液位時誤差大的原因及處理：

3.2.4.1 對于FMR532雷達（安裝有導波管），導波管直徑設置不正確，

將造成較大的非線性誤差，例如：導波管直徑由165mm改為

203.2mm后，原2.78m的液位指示變化為2.50m，誤差0.28m；

而原12.492的液位指示變化為12.442m，誤差0.05m。

3.2.4.2 對于纜式雷達，是纜繩長度設置過小所致，例如，空罐值為

14.5m，而纜繩長度設置為13.00m，但液位下降至1.5 m以

下時，雷達將無法測量。

3.2.4.3 纜式雷達和導波管雷達因為測量的有效長度不能達到罐底，

在液位低于0.5m后出現指示不正確屬正常。

4.結束語

罐區儲罐由于其容積很大，要求液位計精度很高，過去大多用浮子鋼帶式液位計、伺服式液位計和靜壓式液位計。但浮子鋼帶式液位計安裝復雜，可靠性低;靜壓式液位計受介質密度和溫度影響很大，為消除這些影響，

一套完善的靜壓測量系統其價格也很高；伺服式液位計精度較高，但由于其有機械傳動機構，不可避免帶來磨損問題，同時價格也偏高。

微波傳播具有定向傳播、準光學特性、傳輸特性好、介質對微波吸收與介質的介電常數成比例的特性，由其自身特性決定，與以往使用的各種液位計相比，智能雷達液位計具有自身的使用優勢:

4.1 準確度高。

雷達液位計不受溫度壓力、氣體的影響，可快速準確地測量不同介質的液位，準確度達±1～±3mm，可用于貿易結算。

4.2 可靠性強，使用壽命長。

可以提供可靠且長期穩定的模擬量或數字量物位信號。

4.3 幾乎可以測量所有介質。

微波信號與可見光相似，可以穿透空間，其反射功率取決于被測介質的導電性和介電常數。介電常數越大，回波信號的反射效果越好。

4.4 全節能。

微波的發射功率很小，最大為0.03mW/cm2，可被金屬容器外壁靜電屏蔽，因此可不受任何限制地應用于各種場合，而且對人體無害。

4.5 擴展性好。

可根據現場不同需要選擇不同的卡件，而且通信協議靈活。

4.6 維護保養的工作量很少。

雷達液位計具有故障報警及自診斷功能，大大減少維護工作量。

4.7 安裝簡單。

可直接安裝到儲罐頂部，安裝時儲罐可正常使用也不受影響。