在當(dāng)前國際石油市場風(fēng)云變幻的背景下, 建設(shè)一定規(guī)模的石油儲備, 對于穩(wěn)定能源市場供應(yīng), 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(zhàn)略儲備系統(tǒng), 一批戰(zhàn)略石油儲備基地已基本建成并投入使用。在這些戰(zhàn)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(shù)據(jù)無疑是儲備庫生產(chǎn)管理當(dāng)中***主要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

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

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

式中:

D——雷達(dá)液位計到液面的距離

C——光速

T——電磁波運行時間

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

  在實際運用中, 雷達(dá)液位計有兩種方式即調(diào)頻連續(xù)波式和脈沖波式。采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的液位計, 功耗大, 須采用四線制, 電子電路復(fù)雜。而采用雷達(dá)脈沖波技術(shù)的液位計, 功耗低, 可用二線制的24V DC供電, 容易實現(xiàn)本質(zhì)安全, 度高, 適用范圍更廣。

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

(2) 雷達(dá)液位計測量時發(fā)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(nèi)揮發(fā)霧影響的特點, 能用于揮發(fā)的介質(zhì)如粗苯的液位測量。

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

(4) 采用非接觸式測量, 不受槽內(nèi)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(dá)0~35m, 可用于高溫、高壓的液位測量。

(6) 天線等關(guān)鍵部件采用高質(zhì)量的材料, 抗腐蝕能力強, 能適應(yīng)腐蝕性很強的環(huán)境。

  雷達(dá)液位計有錐形天線、拋物面型天線、導(dǎo)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(zhì)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(nèi)介質(zhì)的液位, 是液位儀表選型首先面對的問題。

  根據(jù)以往普通拱頂儲罐選型雷達(dá)液位計的經(jīng)驗, 雷達(dá)液位計天線尺寸越大, 其發(fā)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(yuǎn)的位置, 這樣方面雷達(dá)波的傳播和反射, 防止進(jìn)料口等處液位不穩(wěn)定位置對雷達(dá)檢測產(chǎn)生干擾。浮頂儲罐顯然不適合使用拋物面型天線。而帶有導(dǎo)波管的雷達(dá)天線無疑成了***佳選擇。原因如下:

(1) 用導(dǎo)波管穿過浮盤, 雷達(dá)液位計就可以直接對液位進(jìn)行檢測了。

(2) 由于大型浮頂儲罐內(nèi)有旋轉(zhuǎn)噴射器這樣的攪拌裝置, 會使介質(zhì)產(chǎn)生持續(xù)的渦流, 從而使雷達(dá)波產(chǎn)生虛假的反射。

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

(4) 導(dǎo)波管還可以起到匯聚雷達(dá)波的作用, 增強檢測可靠性。

  既然決定采用導(dǎo)波管, 就可以選用專用的導(dǎo)波管陣列天線了, 相對于其他形式的天線, 導(dǎo)波管陣列天線配套導(dǎo)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(qū)面積很大, 以鄯善原油儲備庫為例, 盡管設(shè)置控制中心和遠(yuǎn)程控制單元, 庫區(qū)內(nèi)儀表信號就近接入控制中心和遠(yuǎn)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(qū)動如此遠(yuǎn)距離外的雷達(dá)液位計, 導(dǎo)致雷達(dá)液位計出現(xiàn)了各種問題。所以必須選擇220VAC供電的雷達(dá)液位計。

  雷達(dá)液位計型式選定后,**新的問題出現(xiàn)了, 即導(dǎo)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(cè)的兩根導(dǎo)向柱協(xié)助浮盤隨液位上下浮動, 導(dǎo)向柱同時起到防止浮盤轉(zhuǎn)動和翻覆的作用, 而且導(dǎo)向柱還起到量油孔的作用, 操作人員可以通過導(dǎo)向柱采用機械的方法手動測量液位。如果我們?yōu)榱藱z測液位, 在浮盤上再安裝一根導(dǎo)波管, 就相當(dāng)于給浮盤又安了一個導(dǎo)向柱, 這將有可能導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)向柱, 我們決定在其中的一根導(dǎo)向柱內(nèi)安裝一根DN200的導(dǎo)波管, 安裝見下圖:

  這樣就解決了雷達(dá)液位的安裝問題, 同時另一根導(dǎo)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(jiān)控參數(shù), 為此需要采用軟纜式多點溫度計進(jìn)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(jù)目前的習(xí)慣做法, 需要對液面以下每3米處的介質(zhì)溫度進(jìn)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(jié)構(gòu)。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(nèi), 鑒于前文說明的原因, 這相當(dāng)于又給儲罐安裝了一根導(dǎo)向柱, 顯然不可能。

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

  原油進(jìn)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(dá)到80m, 如果罐底存有10mm高的水位, 相當(dāng)于存水50m3, 如果存水達(dá)到1m, 意味著罐內(nèi)存水達(dá)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(shù)字, 如果不掌握儲罐水位的數(shù)據(jù), 可能對儲備庫的生產(chǎn)管理產(chǎn)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(cè)裝式或頂裝式油水界面儀進(jìn)行檢測, 如果采用側(cè)裝式油水界面儀, 勢必將在油罐底部增加開孔, 進(jìn)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(jìn)行的雷達(dá)液位計選型和安裝取得了成功, 后續(xù)的10座儲罐也沿用了同樣的設(shè)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。