西门子雷达液位计量表在储罐的应用

本文分析介绍西门子公司雷达液位测量技术常见油品和液化气液位测量的可能测量方案的选择。

和谐创实业(林工:专业代理西门子超声波液位计、雷达液位计、雷达液位计、电磁流量计、压力变送器等系列产品

摘要:分析介绍了西门子公司雷达液位测量技术在常见油品和液化气液位测量中可能应用的测量方案的选择。

雷达液位测量储罐介电常数液化气

abstract:thispreprateintroductsandasstheposionsolutionofsimensiderdarleveltechnologytomerfamiliarkindsofoilandliquid。

Keywords:Radar，Level，oil tank，DK，LPG

一、油罐是油田炼油厂、油库、石油码头和大石油化工企业普遍需要的储存设备，通过测量油罐内液体介质(各种石油化工产品)的温度、压力、液位、密度等参数，计算油罐中液体的体积量和质量储量，可以实现现代化生产中的资产管理需求。 油罐对液位测量的要求不同，一般分为工艺水平和贸易水平。 贸易液位计的精度要求非常高，容器内需要测量，一般要求测量精度达到±的1mm； 工艺液位计的精度要求是±； 5~15mm之间，对液位计测量的可靠性和稳定性要求相对严格，测量目的一般是为了防止水箱突出、抽真空等事故。 不同容器的大小和种类不同，测量介质的特性和工艺条件也不同，因此可以从客户的实际情况中合理选择液位计，设计液位测量解决方案，优化客户的投资zui。 [b]二、水箱液位测量技术[/b]目前，水箱液位测量技术非常多。 根据测量方式，可分为接触式和非接触式。 接触式测量方法主要有尺度、浮动式钢带液位计、伺服式液位计、静压式液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计等。 非接触式测定方法主要是

超声波液位计、雷达液位计等。 其中，满足目前市场上常用的贸易液位计要求的测量方式有磁致伸缩液位计、伺服液位计、雷达液位计、静压式液位计等，静压式液位计( HTG )过于复杂，具有维护量多等缺点，使用量少。 雷达液位计作为高精度的液位测量方式，由于其范围大、安装容易、维护量低等优点，得到越来越多的客户的认可和接受，而且近年来雷达液位计的价格也逐年下降，很多普通用户也把雷达液位计装箱

三、雷达水平测量原理和特征雷达液位计又称微波液位计( Radar )，英语短语“ RAdio Detection And Ranging” 的首字母缩写。 微波液位计向目标发射

电磁波

电磁波井发射后，返回发射源。 设置在发射源处的接收器捕获反射波，并且将所捕获的反射波与发射波进行比较以确定目标位置与发射源之间的距离。 目前市场上常见的微波液位计采用FMCW (连续调频)和脉冲两种工作原理。 FMCW雷达液位计采用线性调制的高频信号，而通常采用10GHz或者24GHz的微波信号。 这是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，从谱中计算物位距离。 天线发射线性调制的连续的高频微波信号进行扫描，同时接收返回信号。 辐射微波信号和反馈微波信号之间的频率差与到介质的表面的距离成比例。 脉冲雷达液位计与

超声波技术相似，用时差原理计算到介质表面的距离。 设备发送固定频率的脉冲，接收回波模式并创建。 信号的传播时间与直接到介质的距离成比例。 但是…

超声波使用声波，但雷达使用声波

电磁波。 利用数万脉冲“ 扫描” 得到容器和完整的回声图。 雷达液位计的典型带宽是5.8 GHz、10GHz和24 GHz。 通常，5.8GHz (或6.3GHz )频率是c带微波的10GHz频率是24GHz (或26GHz )频率是k带微波。 雷达液位计的增益系数与束角大小、微波波长和雷达液位计的喇叭口大小有关。 因此，越来越多的雷达液位计制造商开始了采用高频微波技术改善雷达液位计性能的研究开发。 同时，通过采用高频技术，可以提高雷达的性能，同时大幅度缩小天线的尺寸，使设置变得容易。 雷达液位计采用的微波

电磁波在传播过程中不需要传播介质，因此几乎不需要考虑挥发性气体、蒸汽、温度、压力(真空)以及粉尘的影响。 另外，由于基于回波反射测距的原理( TOF )，雷达液位计没有磨损等问题，因此几乎不需要维护的顶座方式也容易安装，另外，由于微波的特性，相对于其他液位的测量方式，其精度通常为0.1% (全通道) 雷达液位计有着无与伦比的优点，越来越多的储罐用户开始采用雷达液位计来代替其他技术。

四、解决方案西门子公司自1998年推出*台智能雷达液位计IQ160以来，陆续推出基于各种工作原理和频率的雷达液位计，形成比较完善的产品线，能够满足各种过程介质的测量需求。 Sitrans LR系列雷达目前包括Probe LR、LR200、LR300和LR400四系列产品。 Probe LR是一种经济高效的雷达液位计。 这是用双线式电路供电的5.8GHz频率雷达液位计，测量储罐和工艺储罐的液体和浆料的水平和体积。 Probe LR是挥发性化学品、温度梯度、真空或常压等工况的理想选择，如油库、化学储罐、化学反应储罐和长量程的应用。 其范围为20 m，精度为总量公称的0.1% (图1 )。

LR200兼具Probe LR的所有优点，并且提供了不同标准安装方案(包括各种标准法兰和螺钉)以及不同天线的选择(包括小波鼠标天线、杆式天线、波导天线等)，从而大大满足不同过程的需要。 Probe LR和LR200采用一体化的全封装设计外壳，使设计具有高密封性、耐冲击性、耐腐蚀性。

SITRANS LR 400是一种微波炉连续调频( FMCW )雷达测量仪，可用于测量zui高50米的储罐，在低介电常数介质(轻油、液化气等)测量中也取得了良好的测量效果。 可以获得优良的信号反射率而与介质的介电常数无关。 具有先进的回波处理算法，可为恶性固体应用提供可靠的测量。 其测定精度为±； 5mm (参照图2 )。 根据储罐介质的特性，本文将各种储罐的测量分为轻油、原油、重油、沥青、液化气、腐蚀性介质5种。 1 .轻油测定的典型轻油介质有汽油、石脑油、石油等。 一般产生一定的挥发性气体，介电常数低( <； (3)。

低频雷达( Probe LR/LR200+波导管)。 用低频(6GHz )雷达液位计直接测量的话，信号过于微弱，波浪有可能脱落，一般要求安装波导管。 例如，Sitrans LR200的波导管的配置能够满足轻油的液位测量(图3 )。 为了要求波导的制造工艺包括在金属材料( zui是304或316不锈钢)的内壁光滑、不具有明显的焊接(需要无缝焊接或焊接)的适当位置出现排气孔，一般来说，在波导的顶部，微波信号必须是适量的开放面积(取决于介电特性(粘度)而从底部穿过液面 此解决方案通常用于容器高度小于5到10米的应用程序。 高频雷达( Sitrans LR400 )。 采用高频雷达液位计，不需要辅助措施(高频雷达在特性上一般不推荐用于波导管)，可以测量轻油的液位。 在一些高容器中，制作波导管的成本和设置成本高，而且许多长波导管根据环境的变化，一定的变形可能影响雷达液位计的测量效果和精度，因此，选择高频Sitrans LR400测量大量轻油容器的总投资成本是低频率 2 .重油测定的典型重油介质为柴油等，其介电常数一般>； 有一定的挥发性气体。 可以使用低频Probe LR或LR200直接测量(图4 )。

沥青的测定沥青(液态)的介电常数也低，一般为3左右，而且，液态沥青一般需要维持在高温，伴随高温的水蒸气的沥青特性比较粘稠，容易发生一定的条带现象。 高温( >； 100º； c )的情况下，一般需要选择PTFE材质的天线，PPS的天线(例如Probe LR )为了防止无法选择的挂物的影响，可以选择喇叭口天线，但水蒸气一般会引起冷凝水的产生，杆式天线对冷凝水的影响较大

电磁波的面积远大于喇叭天线(放射电极仅为笔尖的大小)沥青的介电常数低，天线中产生的少量带通常能够以雷达水平进行测量

电磁波透过的沥青介质股线比较粘稠，采用清洗装置的作用不明显，笔者不建议在沥青的测定中采用清洗装置。 因此，罐内搅拌、悬挂非常严重的沥青应用可采用带喇叭口的LR200，喇叭口大小为DN150(6” ]； 在温度高、结露现象显着的工艺中，采用不锈钢屏蔽段的PTFE天线对口径小的安装立管的屏蔽效果高，但屏蔽长度过短则无法延长的采用全部PTFE的天线的屏蔽段的长度取决于安装立管的长度 DN80 )的安装立管会影响天线的工作。 因此，zui设置雷达液位计，要求设置立管的口径和长度。

4、液化气的测定液化气有液化气( LNG )和液化气( LPG )两种。 典型的液化气介质有丙烷、丁烷等。 主要特征是介电常数一般非常低( 1.5~1.8 )。 高压低温贮藏； 防爆要求通常用球罐储藏，球罐高度通常为10~28m。 目前雷达液位计测量液化气主要有两种方式。 一种利用旁路管道用低频雷达( Sitrans LR200 )测量。 该方式对旁通管制作的要求非常高，旁通管质量不好，因此即使使用效果差的范围宽的盆，旁通管也过长，容易发生扭曲现象，无法测量雷达液位计。 使用LR200安装在旁通管或波导管上测量液化气的解决方案由于各种原因不成功

盒子。 另一种采用高频雷达对低介电常数介质的良好辐射特性，直接测量液化气液面。 Sitrans LR400能够直接测定介电常数为1.5的低介质，能够满足液化气的测定。 安装位置可以在球罐的顶部选择，可以在球罐的顶部直接开孔，为了确保维护方便，一般在LR400上安装带球阀的安装立管(推荐DN>； 150较好)，便于随时拆卸和维护或粗旁通管(直径6~10” 以上)上。 Sitrans LR400在国内独山子石化炼油厂应用，取得了良好的应用效果。 现场使用测试表明，LR400的测量精度和重现性有很好的效果。

5、腐蚀性介质测定的典型腐蚀性介质为硫酸、硝酸、碱性燃烧、盐酸等。 大多数腐蚀性介质对不同的雷达天线材料要求不同浓度的腐蚀性介质具有高介电常数的挥发性气体(烟)具有不同的腐蚀性，许多腐蚀性介质的挥发性气体具有一定的渗透能力，使用一段时间后，可能渗透到仪表的电子部分或天线中

电机的发射部分损坏了雷达液位计。 使用什么样的雷达天线测量腐蚀性介质，一般通过调查化学互换表来确认。

1 ) :不适用于温度高的硫酸2 ) :能够承受盐酸干燥气体3 )；

超声波不适合硝酸、硝酸挥发性气体对的测定

超声有强吸收作用4 ) :液氨气有很强的渗透作用，需要选择一体化垫片的气密型设计。 :可使用:使用效果一般:不可使用NA :考虑到很多腐蚀性介质的挥发性气体也不知道具有腐蚀性和渗透性，因此为了防止凸缘的腐蚀和挥发性气体通过凸缘连接部渗透，一般选择将凸缘垫圈一体化的选项。 此外，许多酸碱罐产生大量的水蒸气和泡沫。 这需要根据实际情况进行适当的选择:水蒸气产生冷凝水的严重应用，采用杆式天线的泡沫厚度和成分不同，正确测量微波能否透过泡沫起着重要的作用，具体的分析和积累很多经验是必要的。

五、结语近年来雷达液位计在石油化工领域的应用研究和西门子不断研制新产品新技术，西门子雷达液位计在各种储罐中的应用也越来越成熟和成功

个案也在增加。 笔者相信随着雷达技术的发展和成熟，雷达液位计将成为测罐水平的主流。

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