E+H雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)在煉油廠罐區(qū)的應(yīng)用

一、概述
Endress+Hauser（恩德斯+豪斯，簡(jiǎn)稱E+H公司）是一家世界著名的國(guó)際性集團(tuán)公司，專業(yè)生產(chǎn)物位、流量、壓力、溫度、密度、水分析和環(huán)境監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)通訊、記錄儀、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)和罐區(qū)和中小型FCS系統(tǒng)等。其專用于罐區(qū)的雷達(dá)液位測(cè)量系統(tǒng)獨(dú)具特色，突出體現(xiàn)了“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。
該測(cè)量系統(tǒng)以單個(gè)儲(chǔ)罐作為一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)單元，罐旁指示儀NRF590作為測(cè)量系統(tǒng)單元核心，所有儲(chǔ)罐上的測(cè)量?jī)x表如雷達(dá)液位計(jì)、平均溫度計(jì)、壓力變送器等都設(shè)計(jì)成本安防爆型儀表，接入罐旁指示儀的本安接線腔，罐旁指示儀的隔爆接線腔具有可選的各種數(shù)字總線輸出（如MODBUS RS-485、V1等）、可選的4-20mA模擬量輸入輸出和開(kāi)關(guān)量輸入輸出等，連接到控制室上位系統(tǒng)。



二、工況介紹
E+H公司雷達(dá)液位計(jì)分為計(jì)量級(jí)高精度雷達(dá)液位計(jì)Micropilot S FMR5xx系列、控制級(jí)雷達(dá)液位計(jì)Micropilot M FMR2xx系列以及纜式雷達(dá)Levelflex M FMP4x系列等三大系列，每系列各有不同類型的雷達(dá)天線，適用于不同的應(yīng)用工況。本文就煉油廠罐區(qū)不同類型的儲(chǔ)罐，展開(kāi)論述其適用的雷達(dá)液位計(jì)以供參考。

煉油廠罐區(qū)主要分為原油罐區(qū)、汽油罐區(qū)、柴油罐區(qū)、航空煤油罐區(qū)、燃料油罐區(qū)、重油罐區(qū)、瀝青罐區(qū)和液化氣球罐區(qū)等，還有一些其它輔助儲(chǔ)罐如MTBE儲(chǔ)罐、掃線儲(chǔ)罐、污油儲(chǔ)罐、消防水罐等。

原油罐區(qū)主要是5、10萬(wàn)立方米的外浮頂罐，也有2萬(wàn)立方米左右的拱頂罐，一般在儲(chǔ)罐底部裝有加熱盤管，對(duì)原油進(jìn)行加熱保溫。在外浮頂原油罐上一般推薦使用專用于導(dǎo)波管的FMR532平面天線雷達(dá)液位計(jì)（精度±1mm，測(cè)量距離1~38m）安裝于儲(chǔ)罐的導(dǎo)向柱上，導(dǎo)向柱要求為DN150、DN200、DN250或DN300固定內(nèi)徑的金屬管，且在側(cè)壁對(duì)開(kāi)兩排小于1/10管徑的圓孔、孔距應(yīng)不小于30cm。FMR532雷達(dá)液位計(jì)的平面天線實(shí)際上是由若干個(gè)小天線組成的天線陣列，由其發(fā)射的雷達(dá)波能量集中在導(dǎo)波管的中間，與管壁接觸部分能量很小，因此受導(dǎo)波管粗糙的內(nèi)壁的影響很小，能夠很好的抵抗原油掛壁對(duì)測(cè)量的影響。在拱頂原油罐上一般推薦使用FMR540小拋物面天線雷達(dá)液位計(jì)（精度±1mm，測(cè)量距離1~40m），其小拋物面天線的尺寸只有DN200，雷達(dá)波束角只有4度，因此可以安裝在非?？拷薇诘牡胤?，以20m的儲(chǔ)罐為例，可安裝于離罐壁0.7m的位置而不受罐壁影響。

汽油罐區(qū)一般是2萬(wàn)立方米以下的內(nèi)浮頂罐，推薦使用專用于導(dǎo)波管的FMR532平面天線雷達(dá)液位計(jì)（精度±1mm，測(cè)量距離1~38m）安裝于儲(chǔ)罐的導(dǎo)向柱上，對(duì)于小于DN150的導(dǎo)波管如DN100、DN80，可選用FMR530喇叭天線雷達(dá)液位計(jì)（精度±1mm，測(cè)量距離20m）。

柴油罐區(qū)、航空煤油罐區(qū)一般是2萬(wàn)立方米以下的拱頂罐，一般推薦使用FMR540小拋物面天線或小喇叭天線雷達(dá)液位計(jì)（精度±1mm，測(cè)量距離1~40m）。

燃料油罐區(qū)、重油罐區(qū)一般都是2萬(wàn)立方米以下的拱頂罐，一般在儲(chǔ)罐底部裝有加熱盤管，對(duì)油品進(jìn)行加熱保溫，可參照柴油罐區(qū)、航空煤油罐區(qū)選用FMR540小拋物面天線或小喇叭天線雷達(dá)液位計(jì)（精度±1mm，測(cè)量距離1~40m）。

瀝青罐區(qū)一般是帶加熱盤管的拱頂罐，罐內(nèi)溫度可達(dá)攝氏150多度，而且容易在雷達(dá)天線上產(chǎn)生結(jié)焦。這種工況下一般推薦FMR533大拋物面天線雷達(dá)（精度±1mm，測(cè)量距離1~38m），其拋物面為DN450，可有效抵抗瀝青在天線上結(jié)焦所產(chǎn)生的影響，長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠工作。

液化氣球罐區(qū)一般是1000立方米左右2.5MPa以下的高壓常溫球罐，推薦使用FMR532平面天線雷達(dá)液位計(jì)（精度±1mm，測(cè)量距離1~38m）安裝于球罐的DN150導(dǎo)波管上，在雷達(dá)與球罐導(dǎo)波管之間加裝一臺(tái)同徑手動(dòng)球閥。當(dāng)然在這種工況下有比雷達(dá)更適合的測(cè)量?jī)x表，那就是E+H公司的伺服液位計(jì)NMS5（精度±0.7mm，測(cè)量距離1~36m），在此就不做論述了。

對(duì)于一些其它輔助儲(chǔ)罐如MTBE儲(chǔ)罐、掃線儲(chǔ)罐、消防水罐等可采用纜式雷達(dá)Levelflex M FMP40（精度±3mm，測(cè)量距離35m）。而污油儲(chǔ)罐可參考燃料油罐區(qū)、重油罐區(qū)選用FMR540小拋物面天線或小喇叭天線雷達(dá)液位計(jì)（精度±1mm，測(cè)量距離1~40m）。

以上雷達(dá)液位計(jì)均通過(guò)本安防爆HART通信協(xié)議連接到罐旁指示儀NRF590的本安接線腔，因此在罐上都可以帶電開(kāi)蓋，進(jìn)行在線調(diào)試維護(hù)等操作。又因?yàn)椴捎肏ART數(shù)字通信，而不是傳統(tǒng)的4-20mA，所以液位測(cè)量值沒(méi)有任何傳輸誤差。

三、罐旁指示儀

罐旁指示儀NRF590作為測(cè)量系統(tǒng)單元核心，為雷達(dá)液位計(jì)和其它可選的罐區(qū)儀表如平均溫度計(jì)、壓力變送器等提供本安電源，采集所有與之相連的罐區(qū)儀表的測(cè)量值，進(jìn)行各種儲(chǔ)罐數(shù)據(jù)的計(jì)算與補(bǔ)償，并實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值與自診斷信息等，通過(guò)各種可選的數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線（如MODBUS RS-485、V1等）與控制室罐區(qū)管理系統(tǒng)相連。

罐旁指示儀NRF590內(nèi)部集成了安全柵電路，從本安接線腔接入的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過(guò)安全柵電路進(jìn)入NRF590進(jìn)一步處理，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)LCD顯示面板顯示，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線輸出到控制室。這種設(shè)計(jì)方式既集成了面向儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)的本安防爆子系統(tǒng)，同時(shí)又集成了面向控制室的隔爆子系統(tǒng)，在不增加測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜性的前提下，大大提高了測(cè)量系統(tǒng)的安全性及可維護(hù)性。

罐旁指示儀NRF590支持HTG靜壓式儲(chǔ)罐測(cè)量系統(tǒng)和HTMS混合式儲(chǔ)罐測(cè)量系統(tǒng)，接入可選的壓力變送器、平均溫度計(jì)等，完成油品密度計(jì)算、罐體溫度變形修正、罐體靜壓力變形修正等儲(chǔ)罐專用算法，從而向用戶提供更加專業(yè)精準(zhǔn)的儲(chǔ)罐實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

罐旁指示儀NRF590采用了各種開(kāi)放技術(shù)如HART通信協(xié)議、MODBUS RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線輸出、系統(tǒng)軟件可升級(jí)技術(shù)等，同時(shí)十分重視本地化進(jìn)程，現(xiàn)場(chǎng)顯示操作擁有可選的中文菜單等，從用戶的角度出發(fā)，真正實(shí)現(xiàn)了用戶投資效益最大化、實(shí)用安全最優(yōu)化。

四、系統(tǒng)構(gòu)成

E+H公司全新的罐區(qū)上位系統(tǒng)TankVision集成了先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、跨平臺(tái)的Web Server與Java技術(shù)、支持標(biāo)準(zhǔn)的HTML語(yǔ)言和XML語(yǔ)言，支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RS-485和MODBUS TCP/IP協(xié)議，采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，共有3類模塊：Tank Scanner、Data Concentrator和Host Link。這些模塊通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接在一起協(xié)同工作。

Tank Scanner接收一路從現(xiàn)場(chǎng)罐旁指示儀NRF590輸出的現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)（如MODBUS RS-485總線，一條總線最多可連接15臺(tái)罐旁指示儀NRF590），采集各儲(chǔ)罐的液位、溫度、密度等現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，根據(jù)用戶定義的罐量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、儲(chǔ)罐容積表、各信號(hào)報(bào)警點(diǎn)等，進(jìn)行罐量計(jì)算、報(bào)警檢測(cè)、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警與事件存儲(chǔ)、生成報(bào)表等，并通過(guò)內(nèi)置Web Server向外發(fā)布。也就是說(shuō)，多臺(tái)上位計(jì)算機(jī)（Windows系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)等）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器（如IE、Firefox、Opera等）就能同時(shí)瀏覽Tank Scanner中各儲(chǔ)罐的實(shí)時(shí)信息。

Data Concentrator用于收集多個(gè)Tank Scanner的數(shù)據(jù)，如煉油廠罐區(qū)具有數(shù)十個(gè)Tank Scanner，上位計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器只須訪問(wèn)Data Concentrator，就能管理整個(gè)罐區(qū)。
如果需要把罐區(qū)數(shù)據(jù)送入DCS/PLC系統(tǒng)，就要用到Host Link，Host Link根據(jù)用戶定義的數(shù)據(jù)項(xiàng)采集各Tank Scanner中各儲(chǔ)罐的數(shù)據(jù)，通過(guò)MODBUS RS-232/485或MODBUS TCP/IP協(xié)議送入DCS/PLC系統(tǒng)。

TankVision同時(shí)集成了遠(yuǎn)程調(diào)試與診斷技術(shù)，通過(guò)Internet或Intranet運(yùn)行E+H公司新開(kāi)發(fā)的企業(yè)資產(chǎn)管理軟件Fieldcare或調(diào)試軟件ToF Tool就能調(diào)試與診斷現(xiàn)場(chǎng)的罐區(qū)儀表如罐旁指示儀NRF590、各種雷達(dá)液位計(jì)、平均溫度計(jì)等。

五、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今世界石油資源越來(lái)越寶貴，在石油的煉制儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗就顯得非常重要，而我國(guó)的煉油企業(yè)對(duì)煉油裝置的相關(guān)技術(shù)改造的同時(shí)，對(duì)罐區(qū)的自動(dòng)控制與管理也越來(lái)越重視。在這種背景下，從中國(guó)用戶的實(shí)際出發(fā)，結(jié)合世界工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，突出 “以人為本”的設(shè)計(jì)理念，貫徹本地化、專業(yè)化的思路大力推廣新型雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)在煉油廠罐區(qū)的應(yīng)用。本文是作者在實(shí)際工作中的一些經(jīng)驗(yàn)所得，望起到“拋磚引玉”之功效，為我國(guó)煉油廠罐區(qū)的自動(dòng)化測(cè)量水平更上一層樓而多做貢獻(xiàn)。