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E+H雷达测量系统在炼油厂罐区的应用

供稿:恩德斯豪斯中国 2007/12/29 11:10:00

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一、概述
Endress+Hauser(恩德斯+豪斯,简称E+H公司)是一家世界著名的国际性集团公司,专业生产物位、流量、压力、温度、密度、水分析和环境监测、现场通讯、记录仪、数据采集、系统和罐区和中小型FCS系统等。其专用于罐区的雷达液位测量系统独具特色,突出体现了“以人为本”的设计理念。
该测量系统以单个储罐作为一个测量系统单元,罐旁指示仪NRF590作为测量系统单元核心,所有储罐上的测量仪表如雷达液位计、平均温度计、压力变送器等都设计成本安防爆型仪表,接入罐旁指示仪的本安接线腔,罐旁指示仪的隔爆接线腔具有可选的各种数字总线输出(如MODBUS RS-485、V1等)、可选的4-20mA模拟量输入输出和开关量输入输出等,连接到控制室上位系统。




二、工况介绍
E+H公司雷达液位计分为计量级高精度雷达液位计Micropilot S FMR5xx系列、控制级雷达液位计Micropilot M FMR2xx系列以及缆式雷达Levelflex M FMP4x系列等三大系列,每系列各有不同类型的雷达天线,适用于不同的应用工况。本文就炼油厂罐区不同类型的储罐,展开论述其适用的雷达液位计以供参考。

炼油厂罐区主要分为原油罐区、汽油罐区、柴油罐区、航空煤油罐区、燃料油罐区、重油罐区、沥青罐区和液化气球罐区等,还有一些其它辅助储罐如MTBE储罐、扫线储罐、污油储罐、消防水罐等。

原油罐区主要是5、10万立方米的外浮顶罐,也有2万立方米左右的拱顶罐,一般在储罐底部装有加热盘管,对原油进行加热保温。在外浮顶原油罐上一般推荐使用专用于导波管的FMR532平面天线雷达液位计(精度±1mm,测量距离1~38m)安装于储罐的导向柱上,导向柱要求为DN150、DN200、DN250或DN300固定内径的金属管,且在侧壁对开两排小于1/10管径的圆孔、孔距应不小于30cm。FMR532雷达液位计的平面天线实际上是由若干个小天线组成的天线阵列,由其发射的雷达波能量集中在导波管的中间,与管壁接触部分能量很小,因此受导波管粗糙的内壁的影响很小,能够很好的抵抗原油挂壁对测量的影响。在拱顶原油罐上一般推荐使用FMR540小抛物面天线雷达液位计(精度±1mm,测量距离1~40m),其小抛物面天线的尺寸只有DN200,雷达波束角只有4度,因此可以安装在非常靠近罐壁的地方,以20m的储罐为例,可安装于离罐壁0.7m的位置而不受罐壁影响。

汽油罐区一般是2万立方米以下的内浮顶罐,推荐使用专用于导波管的FMR532平面天线雷达液位计(精度±1mm,测量距离1~38m)安装于储罐的导向柱上,对于小于DN150的导波管如DN100、DN80,可选用FMR530喇叭天线雷达液位计(精度±1mm,测量距离20m)。

柴油罐区、航空煤油罐区一般是2万立方米以下的拱顶罐,一般推荐使用FMR540小抛物面天线或小喇叭天线雷达液位计(精度±1mm,测量距离1~40m)。

燃料油罐区、重油罐区一般都是2万立方米以下的拱顶罐,一般在储罐底部装有加热盘管,对油品进行加热保温,可参照柴油罐区、航空煤油罐区选用FMR540小抛物面天线或小喇叭天线雷达液位计(精度±1mm,测量距离1~40m)。

沥青罐区一般是带加热盘管的拱顶罐,罐内温度可达摄氏150多度,而且容易在雷达天线上产生结焦。这种工况下一般推荐FMR533大抛物面天线雷达(精度±1mm,测量距离1~38m),其抛物面为DN450,可有效抵抗沥青在天线上结焦所产生的影响,长期稳定可靠工作。

液化气球罐区一般是1000立方米左右2.5MPa以下的高压常温球罐,推荐使用FMR532平面天线雷达液位计(精度±1mm,测量距离1~38m)安装于球罐的DN150导波管上,在雷达与球罐导波管之间加装一台同径手动球阀。当然在这种工况下有比雷达更适合的测量仪表,那就是E+H公司的伺服液位计NMS5(精度±0.7mm,测量距离1~36m),在此就不做论述了。

对于一些其它辅助储罐如MTBE储罐、扫线储罐、消防水罐等可采用缆式雷达Levelflex M FMP40(精度±3mm,测量距离35m)。而污油储罐可参考燃料油罐区、重油罐区选用FMR540小抛物面天线或小喇叭天线雷达液位计(精度±1mm,测量距离1~40m)。

以上雷达液位计均通过本安防爆HART通信协议连接到罐旁指示仪NRF590的本安接线腔,因此在罐上都可以带电开盖,进行在线调试维护等操作。又因为采用HART数字通信,而不是传统的4-20mA,所以液位测量值没有任何传输误差。

三、罐旁指示仪

罐旁指示仪NRF590作为测量系统单元核心,为雷达液位计和其它可选的罐区仪表如平均温度计、压力变送器等提供本安电源,采集所有与之相连的罐区仪表的测量值,进行各种储罐数据的计算与补偿,并实时显示测量值与自诊断信息等,通过各种可选的数字现场总线(如MODBUS RS-485、V1等)与控制室罐区管理系统相连。

罐旁指示仪NRF590内部集成了安全栅电路,从本安接线腔接入的现场信号经过安全栅电路进入NRF590进一步处理,然后通过现场LCD显示面板显示,并通过现场总线输出到控制室。这种设计方式既集成了面向储罐现场的本安防爆子系统,同时又集成了面向控制室的隔爆子系统,在不增加测量系统复杂性的前提下,大大提高了测量系统的安全性及可维护性。

罐旁指示仪NRF590支持HTG静压式储罐测量系统和HTMS混合式储罐测量系统,接入可选的压力变送器、平均温度计等,完成油品密度计算、罐体温度变形修正、罐体静压力变形修正等储罐专用算法,从而向用户提供更加专业精准的储罐实时数据。

罐旁指示仪NRF590采用了各种开放技术如HART通信协议、MODBUS RS-485现场总线输出、系统软件可升级技术等,同时十分重视本地化进程,现场显示操作拥有可选的中文菜单等,从用户的角度出发,真正实现了用户投资效益最大化、实用安全最优化。

四、系统构成

E+H公司全新的罐区上位系统TankVision集成了先进的工业以太网技术、跨平台的Web Server与Java技术、支持标准的HTML语言和XML语言,支持工业标准的MODBUS RS-485和MODBUS TCP/IP协议,采用模块化、标准化设计,共有3类模块:Tank Scanner、Data Concentrator和Host Link。这些模块通过工业以太网交换机连接在一起协同工作。

Tank Scanner接收一路从现场罐旁指示仪NRF590输出的现场总线信号(如MODBUS RS-485总线,一条总线最多可连接15台罐旁指示仪NRF590),采集各储罐的液位、温度、密度等现场信号,根据用户定义的罐量计算标准、储罐容积表、各信号报警点等,进行罐量计算、报警检测、历史数据存储、报警与事件存储、生成报表等,并通过内置Web Server向外发布。也就是说,多台上位计算机(Windows系统、Linux系统等)通过网络浏览器(如IE、Firefox、Opera等)就能同时浏览Tank Scanner中各储罐的实时信息。

Data Concentrator用于收集多个Tank Scanner的数据,如炼油厂罐区具有数十个Tank Scanner,上位计算机的网络浏览器只须访问Data Concentrator,就能管理整个罐区。
如果需要把罐区数据送入DCS/PLC系统,就要用到Host Link,Host Link根据用户定义的数据项采集各Tank Scanner中各储罐的数据,通过MODBUS RS-232/485或MODBUS TCP/IP协议送入DCS/PLC系统。

TankVision同时集成了远程调试与诊断技术,通过Internet或Intranet运行E+H公司新开发的企业资产管理软件Fieldcare或调试软件ToF Tool就能调试与诊断现场的罐区仪表如罐旁指示仪NRF590、各种雷达液位计、平均温度计等。

五、结束语

当今世界石油资源越来越宝贵,在石油的炼制储运过程中各环节的节能降耗就显得非常重要,而我国的炼油企业对炼油装置的相关技术改造的同时,对罐区的自动控制与管理也越来越重视。在这种背景下,从中国用户的实际出发,结合世界工业自动化领域的先进技术,突出 “以人为本”的设计理念,贯彻本地化、专业化的思路大力推广新型雷达测量系统在炼油厂罐区的应用。本文是作者在实际工作中的一些经验所得,望起到“抛砖引玉”之功效,为我国炼油厂罐区的自动化测量水平更上一层楼而多做贡献。

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