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罗斯蒙特 SAAB 雷达液位计天线选型

作者: 来源: 发布时间:2019-11-20 11:02:53

沙巴体育    摘 要: 罗斯蒙特 SAAB 雷达液位计由于有着较高的测量精度和良好的可靠性,被用于储罐液位的测量工作。雷达天线种类较多,适用的储罐广泛,本文主要分析罗斯蒙特 SAAB 雷达液位计三种雷达天线的优劣,为雷达天线选型和提高雷达液位计平稳运行效率提供参考。

    某站共有储油罐 16 座,其中 6 座 2 万立方米浮顶罐、6 座 5 万立方米浮顶罐,4 座 1 万立方米拱顶罐,作为公司最早使用罗斯蒙特雷达液位计的站队之一,雷达液位系统的正常使用,对站队收发油品、稠稀油配比、沉降放水、原油外输等工作起到至关重要的作用,可以说它就是调度工的一双眼睛,油罐液位计量是油罐储油计量的主要方式,其计量的准确性关系到国家利益与安全[1] ,然而,雷达天线有多种形式,正确选择雷达天线尤为重要。

    1 概述
    1.1 雷达液位计测量原理
    通过储罐顶部的天线发射的雷达信号测量液体的液位(或固体物位)。在雷达信号被液面反射后,回波被天线接收。由于信号频率不断变化,与此时发射的信号相比,回波的频率稍微有所不同。频率的差异与液面的距离成比例,因此可以精确计算液位。这种方法被称为 FMCW (调频连续波),并用于所有高性能雷达液位计[2]。

 

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    1.2 雷达天线类型
    本站使用的液位计天线共有三种,抛物面性、导波管阵列型与锥面型。锥形天线是最常用的天线类型。在选择天线尺寸时,一般情况下,建议尽量选用直径较大的天线。

    2 原油储油罐雷达天线的选择
    2.1 锥形天线
    锥形天线适用于液体液位测量应用,既可用于自由传播,也可用于导波管安装, 标准锥形天线可用于 3"、4"、6" 和 8"储罐开孔。 3"、 4" 和 6" 锥形天线可以延伸加长,以便与较长的储罐
安装短管匹配。该站使用的是罐顶安装方式(图 3)。

 

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    雷达液位计使用法兰安装在拱顶罐顶部透光孔上,雷达波直接打到液面,是安装最简单且造价较低的雷达测量方式,测量精度为±3 mm 且需较大的孔径,在实际使用中,该站 1 万立方米罐,高度在13.5 m 左右,实际测量的误差小于 2 cm。

    2.2 抛物面形天线
    抛物面形天线适用于液体液位测量和固体物位测量。由于具有最大的直径,因此具有最窄的雷达波束,可应用于超长的测量距离。 抛物面形天线是对污染最不敏感的天线类型,可用于天线严重遭受冷凝物聚集的应用场合,如沥青和液体硫。低压可采用法兰夹固的安装方法将其安装在直径为 96 mm(3.78in)的法兰孔中和高压可使用焊接的方式,适用于开孔直径为 450 mm 以上的所有储罐。 算液位时,必须加上浮仓、反射板支架高度,以及下死区值。

 

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    2.3 导波管阵列天线
    阵列天线用于安装在新建或原有的导波管内。典型应用包括带有浮顶的原油储罐(图 5),液位计采用获得专利的独特低损耗模式(LOW LOSS MODE),雷达波能量集中在导波管中心,这样可避免由于管道内生锈和产品聚积结垢引起的管壁不光滑导致精度降低。为达到最高测量精度,导波管的垂直偏差在 0.5°(0.2 m :20 m)以内。该站导波管直径为 8 in 天线宽度为 189 mm,导波管内径在193~206 mm 之间,导波管开孔无毛刺、焊疤,每个孔间隔 180°(一侧开一个孔),孔间距为 480 mm,最大开孔面积为 0.4 ㎡ ,开圆孔直径为 25 mm,且在最高液位需要开孔一个。导波管需在底部安装反射板,要求与地板水平,材质要求为金属,以打散雷达反射信号,考虑腐蚀可采用 304 不锈钢。

    可提供两种类型的导波管专用天线:固定型和铰接盖型, 铰接盖型导波管阵列天线,带有可以人工投尺测量的设计。

 

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    阵列天线的优点是测量精度较高,精度达到±3 mm ,由于是法兰连接,较笔者单位抛物面形天线安装较为牢固,不易受到风力的影响。当储油罐液位随着高度的变化,呈现线性或非线性误差状态,液位误差数有时不是一个固定值,可以使用罗斯蒙特雷达液位测量系统(TankMaster),可以通过人工检尺的方式把罐各个数据输入计算机进行校正,测量数据最好在储油罐不进油或不外输时进行,且多次取中间值,数据采用 80%、60%、40%、20%液位进行的实际测量值和储罐液位值比对,数据越多,误差越小。通过与实际数据的比对,可在各个数据范围内进行误差校正。

    操作方法如下:首先选中要标定的雷达液位计右键,选择 Calibrate 进入;其次在打开的窗口中点击 Calibration Data 选项,弹出窗口,进行多点标定。再次在 Hand Dipped Level 栏输入手检尺液位值,在SAAB Level 栏输入雷达测量值[3]。

 

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    2.4 三种雷达天线的对比
    (1)拱顶罐适合安装锥形天线,并且适合 1万立方米及以下的原油拱顶罐。浮顶罐适合安装抛物面型和导波管阵列天线液位计,本站 16 座储油罐中 6 座 2 万立方米浮顶罐使用抛物面型天线液位计(1#-6#储油罐),6 座 5 万立方米浮顶罐使用导波管阵列天线液位计(11#-16#储油罐),4 座 1万立方米拱顶管使用锥形天线液位计(7#-10#储油罐)。

   (2)锥形天线运行故障较少,抛物面形天线的优势是价格比较便宜。表 6 是三种液位计使用一年中统计的误差。可见,三种天线中,导波管阵列型精度最高,其次是锥形,测量的数据误差最大的是抛物面形天线。

 

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    (3)抛物面形天线在该站使用中有三个劣势:①抛物面天线安装在浮顶罐上首先要安装一个支架,同时在浮仓上架设反射板,安装支架需伸出管壁近 3 m,支架安装需牢固。笔者单位所在地风力最高达 9 级,对于支架稳固性是很大的挑战。架的晃动对雷达波的影响较大,支架安装对后期雷达液位计的维护也产生了很大的难度,维护人员需坐在支架上进行维护工作,维护很困难。②反射板需使用金属材质,以增加反射信号强度。当金属材质的反射板使用时间过长时,反射板会出现变形不平整的情况,不能满足雷达波反射要求需更换。但其更换难度大(金属材质的反射板大约 4 平方,体积大,搬运困难)。③浮仓的倾斜也对雷达准确测量产生了一定的干扰,尤其是在投用时间较多的浮顶罐上,浮仓上升或下降都有不同程度的倾斜。

    因此,该站在浮顶罐上的抛物面形天线安装方式较为特殊,因为导波管的直径较小,因此没有安装在导波管里,而是用支架的方式安装在储油罐的上部,同时浮仓上架设反射板(图 4)。

    (4)导波管阵列天线缺点是:①使用阵列天线的雷达液位计需安装导波管里,为了维护方便需安装一个金属平台。②如果储存介质凝点低,当温度低于存储介质时,易凝结在导波管里,对测量数据有一定的影响。③价格是 3 种天线中最贵的。

    考虑实际使用效果与后期维护以及误差调整上的优势,建议最好在浮顶罐上使用阵列天线的雷达液位计。

    3 结束语
    罗斯蒙特 SAAB 雷达液位计天线的选型关系到前期资金的投入、后期维护的便利以及数据准确性。该站实际使用罗斯蒙特 SAAB 雷达液位计已逾 10年,建议在 1 万立方米或以下的拱顶罐安装雷达液位计采用锥形天线为佳,而大于此容积的浮顶罐建议使用导波管阵列天线。在雷达液位计使用过程中,需要注意雷达液位计的防护工作,以保雷达液位计能长久地运行。

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