用于解決傳統(tǒng)儲罐計量的雷達(dá)液位計與其他液位計對比

傳統(tǒng)的儲罐計量解決方案
有五種常見的自動儲罐計量解決方案廣泛用于庫存和保管應(yīng)用。

手動測量
該解決方案是所有其他解決方案的參考，它使用浸漬帶。手動測量使用天線（從頂部法蘭到罐底）或缺量（從頂部法蘭到頂部液體層）方法來測量罐內(nèi)的總液位。API MPMS第3.1A章涵蓋了手動測量的程序和要求，通常是三個連續(xù)讀數(shù)，差值不超過±3 mm。

浮子和卷尺
該解決方案使用通過穿孔帶連接到彈簧的浮子。彈簧提供恒定的張力，平衡液面上的浮子。穿孔帶連接到機(jī)械計數(shù)器組件。

伺服壓力表
伺服儀表采用位移測量原理。使用伺服電機(jī)在滾筒的測量線上的小型置換器（重量）精確地定位并平衡在液體介質(zhì)中。這些設(shè)備可滿足庫存和保管準(zhǔn)確度要求。

雷達(dá)液位計儲罐測量
雷達(dá)液位計測量儲罐（RTG）是較常用的儲罐計量解決方案。它曾經(jīng)是沙特阿美公司用于庫存罐的標(biāo)準(zhǔn)儲罐計量解決方案。該技術(shù)基于微波，可測量從頂部連接到液體表面的距離。兩種可用技術(shù)是調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）和飛行時間時域反射計（TDR）。這些設(shè)備可滿足庫存和保管準(zhǔn)確度要求。

靜液壓油箱壓力表
靜壓液位計（HTG）系統(tǒng)較多有三個壓力變送器和一個溫度變送器。兩個壓力變送器安裝在靠近罐底部的位置，用于計算密度。第三個變送器測量水箱頂部的蒸汽壓力，以提高精度。

圖2.浮子和帶式壓力計

圖3.伺服壓力計

圖4. RTG

圖5. HTG
項(xiàng)目初始范圍和挑戰(zhàn)
沙特阿美公司較近的一個儲罐計量項(xiàng)目的目標(biāo)是安裝雷達(dá)液位計，在42個儲罐上安裝多個溫度測量點(diǎn)，用于原油和精煉產(chǎn)品。有三種類型的罐：外部浮子，內(nèi)部浮子和固定頂部罐。設(shè)計階段遇到的主要挑戰(zhàn)是：
每個RTG都需要在大型油庫區(qū)域內(nèi)進(jìn)行挖掘，以便為信號和外部電源運(yùn)行新的和長的電纜。
每個罐需要6到8英寸的噴嘴尺寸。
多點(diǎn)溫度變送器需要噴嘴。
帶有內(nèi)部屋頂?shù)膬�罐必須是空的，清潔并通風(fēng)以安裝新的靜水管。這意味著至少需要三到五年的時間來執(zhí)行該項(xiàng)目。
需要在過程界面建筑物中安裝新的機(jī)柜，硬件和軟件，這可能意味著擴(kuò)建現(xiàn)有建筑物或建造新建筑物。
RTG需要工廠驗(yàn)收測試（FAT），這增加了項(xiàng)目進(jìn)度和成本。
項(xiàng)目執(zhí)行需要數(shù)年時間，包括其高成本。
用于庫存儲罐計量的GWR技術(shù)
工作原理
導(dǎo)波雷達(dá)（GWR）或時域反射儀是一種雙線微波級儀器，可將雷達(dá)信號沿金屬波導(dǎo)（單桿/電纜，雙桿，電纜或同軸桿）傳輸。儀器操作原理是飛行時間。
V = C /√K
其中
V =使用中的脈沖速度
C =空氣中的脈沖速度= 300,000 km / sec
K =介電常數(shù)
進(jìn)出液體表面的信號瞬態(tài)時間將決定液位測量。

GWR的優(yōu)勢
GWR技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，使其成為庫存儲罐計量的有吸引力的選擇：
GWR級儀器是雙線式變送器，不需要外部電源。
就資本和運(yùn)營支出而言，GWR是一種非常經(jīng)濟(jì)的選擇。
可在大氣儲罐投入使用時安裝GWR。
GWR是“即插即用”和維護(hù)友好的技術(shù)。
GWR電纜版本可以擴(kuò)展到75米高。
GWR對介電變化不敏感，適用于低介電常數(shù)的流體。
GWR具有不同的過程連接類型和大小。
可以切割GWR桿/電纜以適合所需的長度（或高度）。
GWR儀器可以提供總烴水平和水界面水平。
GWR具有不同的開放式通信協(xié)議，例如模擬4-20 mA，基金會現(xiàn)場總線和無線。
根據(jù)供應(yīng)商和測量距離，GWR可以具有2 mm至3 mm的固有實(shí)驗(yàn)室精度和25 mm的安裝精度。
GWR供應(yīng)商可以為每個GWR提供五點(diǎn)校準(zhǔn)。
該技術(shù)符合上面強(qiáng)調(diào)的所有API MPMS第3.1B章要求。
GWR將取消傳統(tǒng)的RTG專有硬件和系統(tǒng)組件。
由于其簡單性，不需要FAT。
GWR可以安裝有或沒有靜止管道。

圖6.三種儲罐類型。
GWR試點(diǎn)和測試結(jié)果
一項(xiàng)計劃旨在試驗(yàn)來自兩個不同制造商的四臺GWR級儀器，這些儀器使用不同的煉油廠產(chǎn)品，并監(jiān)測一年內(nèi)的性能。在此期間，運(yùn)營團(tuán)隊進(jìn)行了頻繁的手動測量（每次測試三次），以檢查GWR的安裝精度。
在進(jìn)行現(xiàn)場測試之前，會詢問所選供應(yīng)商：
確認(rèn)其GWR的固有精度在±3 mm（±1/8英寸）范圍內(nèi)。此外，每個供應(yīng)商必須提供每個GWR的五點(diǎn)校準(zhǔn)以確認(rèn)所述準(zhǔn)確度。兩家供應(yīng)商都提供了所需的確認(rèn)和數(shù)據(jù)。
提供參考認(rèn)證儀器的證書，說明可追溯到國家或國際標(biāo)準(zhǔn)。供應(yīng)商為德國認(rèn)證機(jī)構(gòu)
DAkkS 提供了可追溯性證書。
確認(rèn)GWR發(fā)送器具有寫保護(hù)。兩家供應(yīng)商都為其GWR儀器確認(rèn)并說明了這一功能。
在安裝和調(diào)試后，雙方還與兩家GWR供應(yīng)商達(dá)成共識，檢查并確認(rèn)以下內(nèi)容：
GWR的整體精度應(yīng)在±25 mm（±1英寸）范圍內(nèi)
本地發(fā)射機(jī)顯示和遠(yuǎn)程DCS讀數(shù)之間的讀數(shù)差異應(yīng)在1 mm以內(nèi)
因此，選擇了四輛坦克進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。圖7表突出顯示了數(shù)據(jù)。
圖8中的草圖表示GWR儀器在三種類型的罐上的安裝設(shè)置（從左側(cè)：外部屋頂，內(nèi)部屋頂和錐形屋頂）。
調(diào)試后，收集每個發(fā)射機(jī)的回波曲線，以確認(rèn)每個GWR的強(qiáng)回波，沒有信號丟失和無干擾（圖10和11）。
一年多來，煉油廠運(yùn)營團(tuán)隊進(jìn)行了手動浸漬，以檢查所安裝的GWR儀器的讀數(shù)準(zhǔn)確性。這一年的數(shù)據(jù)清楚地表明，庫存儲罐計量應(yīng)用的精度在±25 mm范圍內(nèi)。收集的數(shù)據(jù)樣本如圖12所示。

圖7. GWR的試驗(yàn)安裝。

圖8.不同類型坦克上的GWR安裝選項(xiàng)。

項(xiàng)目范圍修訂
GWR用于庫存儲罐計量應(yīng)用的成功結(jié)果為沙特阿美公司的Riyadh煉油廠項(xiàng)目揭示了一種新的合適解決方案。對項(xiàng)目范圍進(jìn)行了修訂，以強(qiáng)制要求項(xiàng)目的GWR，并消除所有復(fù)雜性和可施工性挑戰(zhàn)。由于來自兩家供應(yīng)商的GWR儀器表現(xiàn)出優(yōu)越且相同的性能，因此供應(yīng)商選擇基于招標(biāo)。該項(xiàng)目的較終工作范圍修訂如下：
測量技術(shù)和設(shè)置：
GWR應(yīng)用于利雅得煉油廠項(xiàng)目的庫存儲罐計量。
對于沒有靜止管道的儲罐（例如，帶錐形或內(nèi)部浮頂?shù)膬�罐），無需安裝靜水管。
對于溫度測量，由于此應(yīng)用是庫存，應(yīng)使用API?? MPMS第7章允許的點(diǎn)溫度傳感器。
壓力變送器應(yīng)安裝在每個罐的底部，以幫助進(jìn)行質(zhì)量計算。

圖9.用于駕駛的已安裝GWR。
通信協(xié)議：Foundation Fieldbus（FF）：
煉油廠油庫中現(xiàn)有的FF段已經(jīng)過驗(yàn)證，并且可以在該項(xiàng)目中適應(yīng)新的GWR儀器。
RR油庫中的現(xiàn)有資產(chǎn)管理平臺（即橫河電機(jī)的PRM）將用于維護(hù)。
油罐庫存計算：應(yīng)使用DCS，因?yàn)樗�有能力�?zhí)行API MPMS第12.1.1章中解決的庫存計算。
油罐庫存管理模塊配置為煉油廠現(xiàn)有的DCS。此步驟消除了用于儲罐庫存計算的專有硬件和軟件。
經(jīng)濟(jì)的解決方案

沙特阿美公司儲罐計量項(xiàng)目的實(shí)施為庫存儲罐計量提供了一個簡單，可靠，高度經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)。該解決方案在準(zhǔn)確性和性能方面證明完全符合API MPMS第3.1B章。此外，它提供了一種通用的解決方案，允許使用不同的硬件和通信協(xié)議，并允許DCS作為軟件庫存計算的平臺。
重要的是要強(qiáng)調(diào)GWR具有制造商為選擇，安裝和調(diào)試設(shè)定的基本規(guī)則。遵循這些規(guī)則將保證成功的表現(xiàn)。偏離這些要求會產(chǎn)生令人不快的挑戰(zhàn)和測量誤差。
GWR的成功故事也為使用雙線非接觸式雷達(dá)液位計進(jìn)行庫存儲罐計量提供了另一個機(jī)會，因?yàn)檫@些非接觸式雷達(dá)液位計能夠滿足API MPMS第3.1B章的要求。它們在熔融硫磺和瀝青等應(yīng)用中非常有用。
這一成功案例不僅影響了利雅得煉油廠項(xiàng)目，而且還影響了沙特阿美公司的標(biāo)準(zhǔn)，只要供應(yīng)商證明完全符合API MPMS第3.1章，這些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)過修訂，規(guī)定了庫存儲罐計量的雙線GWR。 B要求。

圖10. RYT-70和IZO1-D006上的GWR回波曲線。

圖11. RYT-72上的GWR回波曲線。

圖12.與GWR讀數(shù)相比的手動測量。

圖13. DCS中的油箱庫存參數(shù)和計算。