本文分析介紹西門子公司雷達液位測量技術常見油品和液化氣液位測量的可能測量方案的選擇。

和諧創實業(林工:專業代理西門子超聲波液位計、雷達液位計、雷達液位計、電磁流量計、壓力變送器等系列產品

摘要:分析介紹了西門子公司雷達液位測量技術在常見油品和液化氣液位測量中可能應用的測量方案的選擇。

雷達液位測量儲罐介電常數液化氣

abstract:thispreprateintroductsandasstheposionsolutionofsimensiderdarleveltechnologytomerfamiliarkindsofoilandliquid。

Keywords:Radar，Level，oil tank，DK，LPG

一、油罐是油田煉油廠、油庫、石油碼頭和大石油化工企業普遍需要的儲存設備，通過測量油罐內液體介質(各種石油化工產品)的溫度、壓力、液位、密度等參數，計算油罐中液體的體積量和質量儲量，可以實現現代化生產中的資產管理需求。 油罐對液位測量的要求不同，一般分為工藝水平和貿易水平。 貿易液位計的精度要求非常高，容器內需要測量，一般要求測量精度達到±的1mm； 工藝液位計的精度要求是±； 5~15mm之間，對液位計測量的可靠性和穩定性要求相對嚴格，測量目的一般是為了防止水箱突出、抽真空等事故。 不同容器的大小和種類不同，測量介質的特性和工藝條件也不同，因此可以從客戶的實際情況中合理選擇液位計，設計液位測量解決方案，優化客戶的投資zui。 [b]二、水箱液位測量技術[/b]目前，水箱液位測量技術非常多。 根據測量方式，可分為接觸式和非接觸式。 接觸式測量方法主要有尺度、浮動式鋼帶液位計、伺服式液位計、靜壓式液位計、磁致伸縮液位計、射頻導納液位計等。 非接觸式測定方法主要是

超聲波液位計、雷達液位計等。 其中，滿足目前市場上常用的貿易液位計要求的測量方式有磁致伸縮液位計、伺服液位計、雷達液位計、靜壓式液位計等，靜壓式液位計( HTG )過于復雜，具有維護量多等缺點，使用量少。 雷達液位計作為高精度的液位測量方式，由于其范圍大、安裝容易、維護量低等優點，得到越來越多的客戶的認可和接受，而且近年來雷達液位計的價格也逐年下降，很多普通用戶也把雷達液位計裝箱

三、雷達水平測量原理和特征雷達液位計又稱微波液位計( Radar )，英語短語“ RAdio Detection And Ranging” 的首字母縮寫。 微波液位計向目標發射

電磁波

電磁波井發射后，返回發射源。 設置在發射源處的接收器捕獲反射波，并且將所捕獲的反射波與發射波進行比較以確定目標位置與發射源之間的距離。 目前市場上常見的微波液位計采用FMCW (連續調頻)和脈沖兩種工作原理。 FMCW雷達液位計采用線性調制的高頻信號，而通常采用10GHz或者24GHz的微波信號。 這是一種基于復雜數學公式的間接測量方法，從譜中計算物位距離。 天線發射線性調制的連續的高頻微波信號進行掃描，同時接收返回信號。 輻射微波信號和反饋微波信號之間的頻率差與到介質的表面的距離成比例。 脈沖雷達液位計與

超聲波技術相似，用時差原理計算到介質表面的距離。 設備發送固定頻率的脈沖，接收回波模式并創建。 信號的傳播時間與直接到介質的距離成比例。 但是…

超聲波使用聲波，但雷達使用聲波

電磁波。 利用數萬脈沖“ 掃描” 得到容器和完整的回聲圖。 雷達液位計的典型帶寬是5.8 GHz、10GHz和24 GHz。 通常，5.8GHz (或6.3GHz )頻率是c帶微波的10GHz頻率是24GHz (或26GHz )頻率是k帶微波。 雷達液位計的增益系數與束角大小、微波波長和雷達液位計的喇叭口大小有關。 因此，越來越多的雷達液位計制造商開始了采用高頻微波技術改善雷達液位計性能的研究開發。 同時，通過采用高頻技術，可以提高雷達的性能，同時大幅度縮小天線的尺寸，使設置變得容易。 雷達液位計采用的微波

電磁波在傳播過程中不需要傳播介質，因此幾乎不需要考慮揮發性氣體、蒸汽、溫度、壓力(真空)以及粉塵的影響。 另外，由于基于回波反射測距的原理( TOF )，雷達液位計沒有磨損等問題，因此幾乎不需要維護的頂座方式也容易安裝，另外，由于微波的特性，相對于其他液位的測量方式，其精度通常為0.1% (全通道) 雷達液位計有著無與倫比的優點，越來越多的儲罐用戶開始采用雷達液位計來代替其他技術。

四、解決方案西門子公司自1998年推出*臺智能雷達液位計IQ160以來，陸續推出基于各種工作原理和頻率的雷達液位計，形成比較完善的產品線，能夠滿足各種過程介質的測量需求。 Sitrans LR系列雷達目前包括Probe LR、LR200、LR300和LR400四系列產品。 Probe LR是一種經濟高效的雷達液位計。 這是用雙線式電路供電的5.8GHz頻率雷達液位計，測量儲罐和工藝儲罐的液體和漿料的水平和體積。 Probe LR是揮發性化學品、溫度梯度、真空或常壓等工況的理想選擇，如油庫、化學儲罐、化學反應儲罐和長量程的應用。 其范圍為20 m，精度為總量公稱的0.1% (圖1 )。

LR200兼具Probe LR的所有優點，并且提供了不同標準安裝方案(包括各種標準法蘭和螺釘)以及不同天線的選擇(包括小波鼠標天線、桿式天線、波導天線等)，從而大大滿足不同過程的需要。 Probe LR和LR200采用一體化的全封裝設計外殼，使設計具有高密封性、耐沖擊性、耐腐蝕性。

SITRANS LR 400是一種微波爐連續調頻( FMCW )雷達測量儀，可用于測量zui高50米的儲罐，在低介電常數介質(輕油、液化氣等)測量中也取得了良好的測量效果。 可以獲得優良的信號反射率而與介質的介電常數無關。 具有先進的回波處理算法，可為惡性固體應用提供可靠的測量。 其測定精度為±； 5mm (參照圖2 )。 根據儲罐介質的特性，本文將各種儲罐的測量分為輕油、原油、重油、瀝青、液化氣、腐蝕性介質5種。 1 .輕油測定的典型輕油介質有汽油、石腦油、石油等。 一般產生一定的揮發性氣體，介電常數低( <； (3)。

低頻雷達( Probe LR/LR200+波導管)。 用低頻(6GHz )雷達液位計直接測量的話，信號過于微弱，波浪有可能脫落，一般要求安裝波導管。 例如，Sitrans LR200的波導管的配置能夠滿足輕油的液位測量(圖3 )。 為了要求波導的制造工藝包括在金屬材料( zui是304或316不銹鋼)的內壁光滑、不具有明顯的焊接(需要無縫焊接或焊接)的適當位置出現排氣孔，一般來說，在波導的頂部，微波信號必須是適量的開放面積(取決于介電特性(粘度)而從底部穿過液面 此解決方案通常用于容器高度小于5到10米的應用程序。 高頻雷達( Sitrans LR400 )。 采用高頻雷達液位計，不需要輔助措施(高頻雷達在特性上一般不推薦用于波導管)，可以測量輕油的液位。 在一些高容器中，制作波導管的成本和設置成本高，而且許多長波導管根據環境的變化，一定的變形可能影響雷達液位計的測量效果和精度，因此，選擇高頻Sitrans LR400測量大量輕油容器的總投資成本是低頻率 2 .重油測定的典型重油介質為柴油等，其介電常數一般>； 有一定的揮發性氣體。 可以使用低頻Probe LR或LR200直接測量(圖4 )。

瀝青的測定瀝青(液態)的介電常數也低，一般為3左右，而且，液態瀝青一般需要維持在高溫，伴隨高溫的水蒸氣的瀝青特性比較粘稠，容易發生一定的條帶現象。 高溫( >； 100º； c )的情況下，一般需要選擇PTFE材質的天線，PPS的天線(例如Probe LR )為了防止無法選擇的掛物的影響，可以選擇喇叭口天線，但水蒸氣一般會引起冷凝水的產生，桿式天線對冷凝水的影響較大

電磁波的面積遠大于喇叭天線(放射電極僅為筆尖的大小)瀝青的介電常數低，天線中產生的少量帶通常能夠以雷達水平進行測量

電磁波透過的瀝青介質股線比較粘稠，采用清洗裝置的作用不明顯，筆者不建議在瀝青的測定中采用清洗裝置。 因此，罐內攪拌、懸掛非常嚴重的瀝青應用可采用帶喇叭口的LR200，喇叭口大小為DN150(6” ]； 在溫度高、結露現象顯著的工藝中，采用不銹鋼屏蔽段的PTFE天線對口徑小的安裝立管的屏蔽效果高，但屏蔽長度過短則無法延長的采用全部PTFE的天線的屏蔽段的長度取決于安裝立管的長度 DN80 )的安裝立管會影響天線的工作。 因此，zui設置雷達液位計，要求設置立管的口徑和長度。

4、液化氣的測定液化氣有液化氣( LNG )和液化氣( LPG )兩種。 典型的液化氣介質有丙烷、丁烷等。 主要特征是介電常數一般非常低( 1.5~1.8 )。 高壓低溫貯藏； 防爆要求通常用球罐儲藏，球罐高度通常為10~28m。 目前雷達液位計測量液化氣主要有兩種方式。 一種利用旁路管道用低頻雷達( Sitrans LR200 )測量。 該方式對旁通管制作的要求非常高，旁通管質量不好，因此即使使用效果差的范圍寬的盆，旁通管也過長，容易發生扭曲現象，無法測量雷達液位計。 使用LR200安裝在旁通管或波導管上測量液化氣的解決方案由于各種原因不成功

盒子。 另一種采用高頻雷達對低介電常數介質的良好輻射特性，直接測量液化氣液面。 Sitrans LR400能夠直接測定介電常數為1.5的低介質，能夠滿足液化氣的測定。 安裝位置可以在球罐的頂部選擇，可以在球罐的頂部直接開孔，為了確保維護方便，一般在LR400上安裝帶球閥的安裝立管(推薦DN>； 150較好)，便于隨時拆卸和維護或粗旁通管(直徑6~10” 以上)上。 Sitrans LR400在國內獨山子石化煉油廠應用，取得了良好的應用效果。 現場使用測試表明，LR400的測量精度和重現性有很好的效果。

5、腐蝕性介質測定的典型腐蝕性介質為硫酸、硝酸、堿性燃燒、鹽酸等。 大多數腐蝕性介質對不同的雷達天線材料要求不同濃度的腐蝕性介質具有高介電常數的揮發性氣體(煙)具有不同的腐蝕性，許多腐蝕性介質的揮發性氣體具有一定的滲透能力，使用一段時間后，可能滲透到儀表的電子部分或天線中

電機的發射部分損壞了雷達液位計。 使用什么樣的雷達天線測量腐蝕性介質，一般通過調查化學互換表來確認。

1 ) :不適用于溫度高的硫酸2 ) :能夠承受鹽酸干燥氣體3 )；

超聲波不適合硝酸、硝酸揮發性氣體對的測定

超聲有強吸收作用4 ) :液氨氣有很強的滲透作用，需要選擇一體化墊片的氣密型設計。 :可使用:使用效果一般:不可使用NA :考慮到很多腐蝕性介質的揮發性氣體也不知道具有腐蝕性和滲透性，因此為了防止凸緣的腐蝕和揮發性氣體通過凸緣連接部滲透，一般選擇將凸緣墊圈一體化的選項。 此外，許多酸堿罐產生大量的水蒸氣和泡沫。 這需要根據實際情況進行適當的選擇:水蒸氣產生冷凝水的嚴重應用，采用桿式天線的泡沫厚度和成分不同，正確測量微波能否透過泡沫起著重要的作用，具體的分析和積累很多經驗是必要的。

五、結語近年來雷達液位計在石油化工領域的應用研究和西門子不斷研制新產品新技術，西門子雷達液位計在各種儲罐中的應用也越來越成熟和成功

個案也在增加。 筆者相信隨著雷達技術的發展和成熟，雷達液位計將成為測罐水平的主流。

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