
您的位置:首頁 > 技術(shù)文獻(xiàn) > 技術(shù)交流 > 英普瑞電子淺談雷達(dá)液位計在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用
目前用于儲罐的液位測量技術(shù)非常多。根據(jù)測量方式,可以分為接觸式和非接觸式。
一、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(dǎo)納液位計等。
二、非接觸式測量方法主要有超聲波液位計、雷達(dá)液位計等
其中目前市場上常用的可以滿足貿(mào)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(dá)液位計、靜壓式液位計等,靜壓式液位測量系統(tǒng)(HTG)因?yàn)檫^于過于復(fù)雜,維護(hù)量大等缺點(diǎn),使用量越來越少。而雷達(dá)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(hù)量低等優(yōu)點(diǎn),越來越多的得到客戶的認(rèn)可和接受;而且近幾年,雷達(dá)液位計的價格也逐年降低,也使很多普通的用戶也開始采用起雷達(dá)液位計作為儲罐的液位測量方案
雷達(dá)液位計測量原理及特點(diǎn)
雷達(dá)液位計又稱微波液位計(Radar),是取英文詞組“RAdioDetectionAndRanging”的詞頭字母而來的縮寫詞。微波物位計朝一個目標(biāo)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(biāo)的存在和它到發(fā)射源的距離。
目前市場常見的微波物位計采用的工作原理主要有連續(xù)調(diào)頻和脈沖兩種。
雷達(dá)液位計采用線性的調(diào)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(fù)雜數(shù)學(xué)公式的間接測量方法,由頻譜計算出物位距離。天線發(fā)射出被線性調(diào)制的連續(xù)高頻微波信號并進(jìn)行掃描,同時接收返回信號。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(dá)液位計,與超聲波技術(shù)相似,使用時差原理計算到介質(zhì)表面的距離。設(shè)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(dá)使用的是電磁波。它利用好幾萬個脈沖來“掃描”容器并得到完整的回波圖。
雷達(dá)液位計的典型波段為5.8GHz、10GHz、24GHz。通常我們稱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(dá)液位計的增益系數(shù)和波束角的大小和微波的波長以及雷達(dá)液位計的喇叭口尺寸大小有關(guān)系。因此,越來越多的雷達(dá)液位計制造商開始研發(fā)采用高頻率微波技術(shù)來改善雷達(dá)液位計的性能。同時,采用高頻技術(shù)后,可以在提高雷達(dá)性能的同時,大大縮小天線的尺寸,使安裝更加方便。
由于雷達(dá)液位計采用的微波是一種電磁波,在傳播的過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(dá)液位計來說,不存在磨損等問題,因此基本不需要維護(hù);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(dá)到0.1%(全量程)的精度。由于雷達(dá)液位計具有這不可比擬的優(yōu)點(diǎn),越來越多的儲罐用戶開始采用雷達(dá)液位計來替代其他技術(shù)。
根據(jù)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。
1、輕油的測量
典型的輕油介質(zhì)為汽油、石腦油、石油等。一般會產(chǎn)生一定的揮發(fā)性氣體,介電常數(shù)較低(<3)。
2、重油的測量
典型的重油介質(zhì)為柴油等,其介電常數(shù)一般>3,有一定揮發(fā)性氣體?梢圆捎玫皖l的ProbeLR或LR200直接測量(如圖4)。
3、瀝青的測量
瀝青(液態(tài))的介電常數(shù)也比較低,一般在3左右(根據(jù)溫度);而且液態(tài)的瀝青一般需要用高溫來維持,伴隨著高溫一般都會有一定的水蒸氣;瀝青的特性比較粘,很容易產(chǎn)生一定的掛料的現(xiàn)象。
高溫(>100?C)的工況,一般都需要選擇PTFE材質(zhì)的天線,而不能選擇PPS的天線;為了防止掛料的影響,可以選擇喇叭口天線;但水蒸氣一般會導(dǎo)致冷凝水的產(chǎn)生,經(jīng)試驗(yàn)表明,桿式天線對冷凝水的敏感程度要小于喇叭口天線,因?yàn)闂U式天線的有效發(fā)射電磁波的面積要遠(yuǎn)大于喇叭天線(發(fā)射電極只有筆尖大小);瀝青的介電常數(shù)較低,在天線所產(chǎn)生的少量掛料一般都可以被雷達(dá)液位計的電磁波穿透;由于瀝青介質(zhì)的掛料比較粘稠,采用清洗裝置的作用并不是很明顯,因此筆者并不建議采用清洗裝置用于測量瀝青。
因此,對于儲罐內(nèi)攪拌、掛料非常嚴(yán)重的瀝青應(yīng)用,可以采用帶喇叭口的LR200,喇叭口大小應(yīng)不小于DN150(6”);而對于溫度較高,冷凝水現(xiàn)象比較明顯的工藝中,可以采用全PTFE的桿式天線為佳:采用不銹鋼屏蔽段的PTFE天線對口徑較小的安裝立管的屏蔽效果較好,但是屏蔽長度如果選得太短了,無法延長;采用全PTFE的天線的屏蔽段長度可以根據(jù)安裝立管的長度自由方便地延長,但是在小口徑(≤DN80)的安裝立管會對天線的工作產(chǎn)生影響。因此,最好在安裝雷達(dá)液位計安,應(yīng)對安裝立管的口徑和長度提出要求。
4、液化氣的測量
液化氣包括液化天然氣(LNG)和液化石油氣(LPG)兩種。典型的液化氣介質(zhì)有:丙烷、丁烷等。
主要的特點(diǎn)是:介電常數(shù)一般都非常低(1.5~1.8);高壓低溫儲存;防爆要求;通常用球罐存儲,球罐的高度一般在10~28m不等。
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