雷达液位计在原油储油罐上的应用

谭梦奇 王 辉 东北石油大学大庆油田储运销售分公司

雷达液位计在原油储油罐上的应用

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雷达液位计是一种采用微波测量技术、非接触式的液位测量仪表。南三油库19～24#储油罐于2009年安装了SABB罗斯蒙特雷达液位计及多点测温装置MST，雷达液位计采用调频连续波方式工作，其附属装置MST采用PT100铂热电阻进行测温，测量点为14个。应用结果表明：雷达液位计计量液位精度高，不存在卡尺等影响计量算量的情况，应用效果要优于机械式液位计；在油库应用的5年时间内，雷达液位计没有出现过故障，表明雷达液位计平均无故障时间较长，也说明其可靠性较高；MST的有效温度数据梯度变化很小，每个相邻温度测量点之间的温度差在0.1～0.2℃之间，说明储油罐内油品温场稳定，对研究储油罐内油品温度分布范围、指导储油罐运行具有指导意义。

液位；雷达液位计；平均无故障时间；测温；频差

随着我国工业水平飞速发展，对石油及其附属产品的依赖程度越来越大，一大批战略储备油库陆续建成并投入使用。在战略储备油库日常生产运行管理中，储罐的液位是最重要的生产数据。目前用于测量储油罐液位的液位计有浮子式钢带液位计、雷达液位计、磁致式液位计等[1-2]。雷达液位计是一种采用微波测量技术、非接触式的液位测量仪表，它克服了机械式接触型液位仪表的诸多缺点[3]。随着石油化工行业的不断发展，雷达液位计的应用范围日益广泛，本文结合大庆油田储罐雷达液位计及温度测量装置，对雷达液位计应用效果进行探讨。

1 测量原理

雷达液位计采用发射—反射—接收的模式进行工作。雷达液位计的天线发射出电磁波，电磁波经被测对象表面反射后，被天线接收，液位计天线至液面的距离与电磁波从发射到接收的时间成正比，从而可计算出液面高度。根据电磁波工作模式不同，雷达液位计分为脉冲微波方式液位计和调频连续波方式液位计。

1.1 脉冲微波方式液位计

这种方式液位计采用“俯视式”时间行程测量系统，测量系统通过天线发射频率固定的微波脉冲，经过物料表面产生反射后由测量系统所接收。雷达天线将接收到的反射微波脉冲传递给电子线路，微处理器对此信号进行处理，识别出微波脉冲在物料表面所产生的回波，并据此计算液位。雷达液位计到储油罐被测液面距离为

式中D为雷达液位计到液面的距离(m)；C为微波在空间中的传播速度(m/s)；T为电磁波运行时间(s)。

则储油罐液位

式中L为储油罐液位(m)；H为空罐高度(m)。

1.2 调频连续波方式液位计

雷达液位计信号从天线发射出去，经测量平面反射，回波被天线接收。这种工作模式的雷达液位计发射的微波是频率被线性调制的连续波，当回波被天线接收到时，微波发射频率已经改变。发射波与回波的频率差正比于天线到液面的距离。通过对频率差信号做快速傅立叶变换（FFT），频率差被转化为频谱差，进而换算出测量距离。发射频率随时间线性改变，当发射出去的连续波到达液面反射后，反射回来的信号频率比发射信号滞后了Δt。根据微波传播原理可知

式中C为微波在空间中的传播速度(m/s)；D为雷达液位计到液面的距离(m)。

由于回波信号频率的滞后，反射频率与发射信号的相位差为

式中Δφ为发射信号与反射信号的相位差（rad）；f1、f2分别为雷达液位计的发射信号和反射信号的频率（Hz）；Δf为雷达液位计的发射信号和反射信号的频差（Hz）。

将式（3）、式（4）两式合并后可以得到

频差经过FFT可以转换为频谱，进而计算出频差，距离D也可以求得。按照公式（2），即可计算出液位。

2 系统构成

雷达液位计主要由RTG（雷达液位计）、DAU（数据采集单元）、FCU（现场通讯单元）、多点温度计MST（RTD测温元件Pt100）等组成。DAU是液位计的补充装置，用来连接测量温度的各种传感器，DAU为本质安全型并与同一储罐上的RTG相连，DAU由RTG中的变送器接口卡供电并通过卡件进行通信；FCU对来自储罐的雷达液位计和数据采集单元的数据不断进行轮询，并将其存储在缓冲存储器内。通过RS232C或通过TRL/2分组总线上的FBM现场总线调制解调器（现场总线调制解调器）将现场通信单元与监控计算机相连。系统构成框图如图1所示。

图1 雷达液位计系统拓扑结构

3 应用效果

南三油库19～24#储油罐于2009年安装了SABB罗斯蒙特(Rosemount)雷达液位计及多点测温装置MST，雷达液位计采用调频连续波方式工作，其附属装置MST采用PT100铂热电阻进行测温，测量点为14个。2014年6月，油库人员对液位历史数据进行分析，共计6万个；对储油罐进、出口温度，MST的23万个历史数据进行分析，结果表明：

（1）雷达液位计计量液位精度高，不存在卡尺等影响计量算量的情况，应用效果要优于机械式液位计。

（2）在油库应用的5年时间内，雷达液位计没有出现过故障，表明雷达液位计平均无故障时间(Mean Time Between Failures，简称MTBF)较长，也说明其可靠性较高。

（3）MST的有效温度数据（有效温度是指测温点完全浸在油品里所测得的温度）与储油罐出口温度数据相差0.5～1℃，MST数据基本可以反映出储油罐的出口温度，对冬季换热器的运行具体一定的指导意义。

（4）MST的有效温度数据梯度变化很小，每个相邻温度测量点之间的温度差在0.1～0.2℃之间，说明储油罐内油品温场稳定，对研究储油罐内油品温度分布范围、指导储油罐运行具有指导意义。

[1]白云峰，周俊．常见油罐液位计的性能特点及选用[J]．石油工程建设，2001（1）：52-53．

[2]葛守俊，张宏斌．UBG-II光导电子液位检测系统[J]．油气田地面工程，2007，26（7）：62．

[3]孙成金．浅谈油田液位测量仪表[J]．油气田地面工程，2005，24（4）：39．

（栏目主持关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.020