在當(dāng)前國(guó)際石油市場(chǎng)風(fēng)云變幻的背景下, 建設(shè)一定規(guī)模的石油儲(chǔ)備, 對(duì)于穩(wěn)定能源市場(chǎng)供應(yīng), 平抑油價(jià)供求異常波動(dòng)將起到重要作用。我國(guó)目前已初步建立起石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備系統(tǒng), 一批戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備基地已基本建成并投入使用。在這些戰(zhàn)略是由儲(chǔ)備基地, 基本上都采用10×104m3浮頂罐作為原油儲(chǔ)罐, 而儲(chǔ)罐的液位數(shù)據(jù)無(wú)疑是儲(chǔ)備庫(kù)生產(chǎn)管理當(dāng)中***主要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

  目前大部分儲(chǔ)罐采用了雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行液位自動(dòng)檢測(cè), 本文結(jié)合已建的鄯善原油儲(chǔ)備庫(kù)大罐雷達(dá)液位計(jì)及附屬設(shè)備選型和安裝使用情況, 對(duì)此類工程設(shè)計(jì)進(jìn)行一些探討。

  雷達(dá)液位計(jì)采用發(fā)射—反射—接收的工作模式。雷達(dá)液位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波, 這些波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后, 再被天線接收, 電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)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(jì)到液面的距離

C——光速

T——電磁波運(yùn)行時(shí)間

  雷達(dá)液位計(jì)記錄脈沖波經(jīng)歷的時(shí)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(shí)際運(yùn)用中, 雷達(dá)液位計(jì)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(jì), 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(jì), 功耗低, 可用二線制的24V DC供電, 容易實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全, 度高, 適用范圍更廣。

(1) 雷達(dá)液位計(jì)采用一體化設(shè)計(jì), 無(wú)可動(dòng)部件, 不存在機(jī)械磨損, 使用壽命長(zhǎng)。

(2) 雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量時(shí)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(diǎn), 能用于揮發(fā)的介質(zhì)如粗苯的液位測(cè)量。

(3) 雷達(dá)液位計(jì)幾乎能用于所有液體的液位測(cè)量, 在實(shí)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(cè)量, 不受槽內(nèi)液體的密度、濃度等物理特性的影響。

(5) 測(cè)量范圍大, ***大的測(cè)量范圍可達(dá)0~35m, 可用于高溫、高壓的液位測(cè)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(qiáng), 能適應(yīng)腐蝕性很強(qiáng)的環(huán)境。

  雷達(dá)液位計(jì)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(duì)大型儲(chǔ)備庫(kù)采用的浮頂儲(chǔ)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(dòng), 如何才能透過浮盤來(lái)檢測(cè)到罐內(nèi)介質(zhì)的液位, 是液位儀表選型首先面對(duì)的問題。

  根據(jù)以往普通拱頂儲(chǔ)罐選型雷達(dá)液位計(jì)的經(jīng)驗(yàn), 雷達(dá)液位計(jì)天線尺寸越大, 其發(fā)射微博信號(hào)的能力越強(qiáng), 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(huì)取得良好的檢測(cè)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(duì)雷達(dá)檢測(cè)產(chǎn)生干擾。浮頂儲(chǔ)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(wú)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(jì)就可以直接對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)了。

(2) 由于大型浮頂儲(chǔ)罐內(nèi)有旋轉(zhuǎn)噴射器這樣的攪拌裝置, 會(huì)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(chǔ)罐中心位置不可能安裝雷達(dá)液位計(jì), 只能安裝在罐壁附近, 導(dǎo)波管可以消除罐壁對(duì)雷達(dá)波的影響, 也可以減輕罐壁上進(jìn)出液口對(duì)液位的擾動(dòng)。

(4) 導(dǎo)波管還可以起到匯聚雷達(dá)波的作用, 增強(qiáng)檢測(cè)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(duì)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(cè)更好。

  針對(duì)大型的原油儲(chǔ)備庫(kù)由于儲(chǔ)罐直徑大, 造成庫(kù)區(qū)面積很大, 以鄯善原油儲(chǔ)備庫(kù)為例, 盡管設(shè)置控制中心和遠(yuǎn)程控制單元, 庫(kù)區(qū)內(nèi)儀表信號(hào)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(hào)電纜長(zhǎng)度超過1Km, 線路壓降很大。實(shí)際使用情況表明, 24V直流電不足以驅(qū)動(dòng)如此遠(yuǎn)距離外的雷達(dá)液位計(jì), 導(dǎo)致雷達(dá)液位計(jì)出現(xiàn)了各種問題。所以必須選擇220VAC供電的雷達(dá)液位計(jì)。

  雷達(dá)液位計(jì)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(chǔ)罐, 包括5~15×104m3儲(chǔ)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(dòng), 導(dǎo)向柱同時(shí)起到防止浮盤轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)械的方法手動(dòng)測(cè)量液位。如果我們?yōu)榱藱z測(cè)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(gè)導(dǎo)向柱, 這將有可能導(dǎo)致浮盤卡死無(wú)法上下浮動(dòng), 顯然行不通。

  針對(duì)這樣的情況, 只有在導(dǎo)向柱上做文章才可行, 鄯善原油儲(chǔ)備庫(kù)10×104m3儲(chǔ)罐采用了兩個(gè)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(shí)另一根導(dǎo)向柱仍然可以起到手動(dòng)量油的作用。

  大型浮頂儲(chǔ)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(diǎn)溫度計(jì)進(jìn)行檢測(cè), 此時(shí)將有同樣的問題, 即多點(diǎn)溫度計(jì)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(duì)液面以下每3米處的介質(zhì)溫度進(jìn)行檢測(cè), 多點(diǎn)溫度計(jì)采用Pt100鉑熱電阻作為測(cè)量原件, 將多個(gè)熱電阻集成在一根纜中, 一般采用便于運(yùn)輸和安裝的軟纜式結(jié)構(gòu)。為防止軟纜漂浮移動(dòng)或被意外割斷, 多點(diǎn)溫度計(jì)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(chǔ)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(diǎn)溫度計(jì)也安裝在導(dǎo)向柱內(nèi), 將雷達(dá)液位計(jì)和多點(diǎn)溫度計(jì)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(diǎn)溫度計(jì)的安裝空間, 這樣一來(lái), 雷達(dá)液位計(jì)和多點(diǎn)溫度計(jì)的安裝都得到了完美解決。

  原油進(jìn)入儲(chǔ)罐后, 隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng), 原油中所含水分會(huì)逐漸分離出來(lái)并沉積與儲(chǔ)罐底部。以10×104m3儲(chǔ)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(kù)存5%的量是水而不是油。這對(duì)于百萬(wàn)方庫(kù)存的原油儲(chǔ)備庫(kù)來(lái)說, 是一個(gè)巨大的數(shù)字, 如果不掌握儲(chǔ)罐水位的數(shù)據(jù), 可能對(duì)儲(chǔ)備庫(kù)的生產(chǎn)管理產(chǎn)生很大的影響?？梢姶笮蛢?chǔ)罐水位檢測(cè)是十分重要的。

  以往針對(duì)儲(chǔ)罐水位檢測(cè)一般選用側(cè)裝式或頂裝式油水界面儀進(jìn)行檢測(cè), 如果采用側(cè)裝式油水界面儀, 勢(shì)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(huì)遇到與多點(diǎn)溫度計(jì)同樣的安裝問題。因此選擇了帶有檢測(cè)油水界面功能的多點(diǎn)溫度計(jì)來(lái)檢測(cè)罐底水位。

  在鄯善儲(chǔ)備庫(kù)一期10座儲(chǔ)罐上進(jìn)行的雷達(dá)液位計(jì)選型和安裝取得了成功, 后續(xù)的10座儲(chǔ)罐也沿用了同樣的設(shè)計(jì), 實(shí)踐證明檢測(cè)效果十分理想, 可以說為類似大型儲(chǔ)罐液位、溫度、水位的檢測(cè)提供了完美解決方案, 值得推廣。