在當前國際石油市場風云變幻的背景下, 建設一定規模的石油儲備, 對于穩定能源市場供應, 平抑油價供求異常波動將起到重要作用。我國目前已初步建立起石油戰略儲備系統, 一批戰略石油儲備基地已基本建成并投入使用。在這些戰略是由儲備基地, 基本上都采用10×104m3浮頂罐作為原油儲罐, 而儲罐的液位數據無疑是儲備庫生產管理當中***主要的生產數據。

  目前大部分儲罐采用了雷達液位計進行液位自動檢測, 本文結合已建的鄯善原油儲備庫大罐雷達液位計及附屬設備選型和安裝使用情況, 對此類工程設計進行一些探討。

  雷達液位計采用發射—反射—接收的工作模式。雷達液位計的天線發射出電磁波, 這些波經被測對象表面反射后, 再被天線接收, 電磁波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比, 關系式如下:

式中:

D——雷達液位計到液面的距離

C——光速

T——電磁波運行時間

  雷達液位計記錄脈沖波經歷的時間, 而電磁波的傳輸速度為常數, 則可算出液面到雷達天線的距離, 從而知道液面的液位。

  在實際運用中, 雷達液位計有兩種方式即調頻連續波式和脈沖波式。采用調頻連續波技術的液位計, 功耗大, 須采用四線制, 電子電路復雜。而采用雷達脈沖波技術的液位計, 功耗低, 可用二線制的24V DC供電, 容易實現本質安全, 度高, 適用范圍更廣。

(1) 雷達液位計采用一體化設計, 無可動部件, 不存在機械磨損, 使用壽命長。

(2) 雷達液位計測量時發出的電磁波能夠穿過真空, 不需要傳輸媒介, 具有不受大氣、蒸氣、槽內揮發霧影響的特點, 能用于揮發的介質如粗苯的液位測量。

(3) 雷達液位計幾乎能用于所有液體的液位測量, 在實際應用中, 幾乎所有的介質都能反射足夠的反射波。

(4) 采用非接觸式測量, 不受槽內液體的密度、濃度等物理特性的影響。

(5) 測量范圍大, ***大的測量范圍可達0~35m, 可用于高溫、高壓的液位測量。

(6) 天線等關鍵部件采用高質量的材料, 抗腐蝕能力強, 能適應腐蝕性很強的環境。

  雷達液位計有錐形天線、拋物面型天線、導波管陣列天線等多種天線類型可選, 針對大型儲備庫采用的浮頂儲罐, 由于液體介質智商有鋼制浮盤, 且浮盤隨液位上下浮動, 如何才能透過浮盤來檢測到罐內介質的液位, 是液位儀表選型首先面對的問題。

  根據以往普通拱頂儲罐選型雷達液位計的經驗, 雷達液位計天線尺寸越大, 其發射微博信號的能力越強, 抗干擾能力就比較高, 所以條件允許的情況下選用拋物面型天線會取得良好的檢測效果。但拋物面天線要安裝在離罐壁較遠的位置, 這樣方面雷達波的傳播和反射, 防止進料口等處液位不穩定位置對雷達檢測產生干擾。浮頂儲罐顯然不適合使用拋物面型天線。而帶有導波管的雷達天線無疑成了***佳選擇。原因如下:

(1) 用導波管穿過浮盤, 雷達液位計就可以直接對液位進行檢測了。

(2) 由于大型浮頂儲罐內有旋轉噴射器這樣的攪拌裝置, 會使介質產生持續的渦流, 從而使雷達波產生虛假的反射。

(3) 浮頂儲罐中心位置不可能安裝雷達液位計, 只能安裝在罐壁附近, 導波管可以消除罐壁對雷達波的影響, 也可以減輕罐壁上進出液口對液位的擾動。

(4) 導波管還可以起到匯聚雷達波的作用, 增強檢測可靠性。

  既然決定采用導波管, 就可以選用專用的導波管陣列天線了, 相對于其他形式的天線, 導波管陣列天線配套導波管的效果檢測更好。

  針對大型的原油儲備庫由于儲罐直徑大, 造成庫區面積很大, 以鄯善原油儲備庫為例, 盡管設置控制中心和遠程控制單元, 庫區內儀表信號就近接入控制中心和遠程控制單元, 但是仍然有許多儀表信號電纜長度超過1Km, 線路壓降很大。實際使用情況表明, 24V直流電不足以驅動如此遠距離外的雷達液位計, 導致雷達液位計出現了各種問題。所以必須選擇220VAC供電的雷達液位計。

  雷達液位計型式選定后,**新的問題出現了, 即導波管如何在大型浮頂罐上安裝。

  目前的大型浮頂原油儲罐, 包括5~15×104m3儲罐, 都是由位于罐體兩側的兩根導向柱協助浮盤隨液位上下浮動, 導向柱同時起到防止浮盤轉動和翻覆的作用, 而且導向柱還起到量油孔的作用, 操作人員可以通過導向柱采用機械的方法手動測量液位。如果我們為了檢測液位, 在浮盤上再安裝一根導波管, 就相當于給浮盤又安了一個導向柱, 這將有可能導致浮盤卡死無法上下浮動, 顯然行不通。

  針對這樣的情況, 只有在導向柱上做文章才可行, 鄯善原油儲備庫10×104m3儲罐采用了兩個DN400的導向柱, 我們決定在其中的一根導向柱內安裝一根DN200的導波管, 安裝見下圖:

  這樣就解決了雷達液位的安裝問題, 同時另一根導向柱仍然可以起到手動量油的作用。

  大型浮頂儲罐分層原油溫度是重要的監控參數, 為此需要采用軟纜式多點溫度計進行檢測, 此時將有同樣的問題, 即多點溫度計如何在大型浮頂罐上安裝。

  根據目前的習慣做法, 需要對液面以下每3米處的介質溫度進行檢測, 多點溫度計采用Pt100鉑熱電阻作為測量原件, 將多個熱電阻集成在一根纜中, 一般采用便于運輸和安裝的軟纜式結構。為防止軟纜漂浮移動或被意外割斷, 多點溫度計也需要安裝在一根金屬套管內, 鑒于前文說明的原因, 這相當于又給儲罐安裝了一根導向柱, 顯然不可能。

  根據這樣的情況, 我們決定把多點溫度計也安裝在導向柱內, 將雷達液位計和多點溫度計集成安裝到同一根DN400的導向柱上, 將DN200導波管在導向柱內靠一側安裝, 利用DN200導波管和導向柱間的空間作為多點溫度計的安裝空間, 這樣一來, 雷達液位計和多點溫度計的安裝都得到了完美解決。

  原油進入儲罐后, 隨著存放時間的延長, 原油中所含水分會逐漸分離出來并沉積與儲罐底部。以10×104m3儲罐為例, 其直徑達到80m, 如果罐底存有10mm高的水位, 相當于存水50m3, 如果存水達到1m, 意味著罐內存水達到5000m3, 如果是滿罐的情況下, 意味著庫存5%的量是水而不是油。這對于百萬方庫存的原油儲備庫來說, 是一個巨大的數字, 如果不掌握儲罐水位的數據, 可能對儲備庫的生產管理產生很大的影響。可見大型儲罐水位檢測是十分重要的。

  以往針對儲罐水位檢測一般選用側裝式或頂裝式油水界面儀進行檢測, 如果采用側裝式油水界面儀, 勢必將在油罐底部增加開孔, 進而牽涉到保溫防凍的問題, 如果采用頂裝式油水界面儀, 將會遇到與多點溫度計同樣的安裝問題。因此選擇了帶有檢測油水界面功能的多點溫度計來檢測罐底水位。

  在鄯善儲備庫一期10座儲罐上進行的雷達液位計選型和安裝取得了成功, 后續的10座儲罐也沿用了同樣的設計, 實踐證明檢測效果十分理想, 可以說為類似大型儲罐液位、溫度、水位的檢測提供了完美解決方案, 值得推廣。