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E+H雷達測量系統在煉油廠罐區的應用

供稿:恩德斯豪斯中國 2007/12/29 11:10:00

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一、概述
Endress+Hauser(恩德斯+豪斯,簡稱E+H公司)是一家世界著名的國際性集團公司,專業生產物位、流量、壓力、温度、密度、水分析和環境監測、現場通訊、記錄儀、數據採集、系統和罐區和中小型FCS系統等。其專用於罐區的雷達液位測量系統獨具特色,突出體現了“以人為本”的設計理念。
該測量系統以單個儲罐作為一個測量系統單元,罐旁指示儀NRF590作為測量系統單元核心,所有儲罐上的測量儀表如雷達液位計、平均温度計、壓力變送器等都設計成本安防爆型儀表,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關量輸入輸出等,連接到控制室上位系統。




二、工況介紹
E+H公司雷達液位計分為計量級高精度雷達液位計Micropilot S FMR5xx系列、控制級雷達液位計Micropilot M FMR2xx系列以及纜式雷達Levelflex M FMP4x系列等三大系列,每系列各有不同類型的雷達天線,適用於不同的應用工況。本文就煉油廠罐區不同類型的儲罐,展開論述其適用的雷達液位計以供參考。

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

原油罐區主要是5、10萬立方米的外浮頂罐,也有2萬立方米左右的拱頂罐,一般在儲罐底部裝有加熱盤管,對原油進行加熱保温。在外浮頂原油罐上一般推薦使用專用於導波管的FMR532平面天線雷達液位計(精度±1mm,測量距離1~38m)安裝於儲罐的導向柱上,導向柱要求為DN150、DN200、DN250或DN300固定內徑的金屬管,且在側壁對開兩排小於1/10管徑的圓孔、孔距應不小於30cm。FMR532雷達液位計的平面天線實際上是由若干個小天線組成的天線陣列,由其發射的雷達波能量集中在導波管的中間,與管壁接觸部分能量很小,因此受導波管粗糙的內壁的影響很小,能夠很好的抵抗原油掛壁對測量的影響。在拱頂原油罐上一般推薦使用FMR540小拋物面天線雷達液位計(精度±1mm,測量距離1~40m),其小拋物面天線的尺寸只有DN200,雷達波束角只有4度,因此可以安裝在非常靠近罐壁的地方,以20m的儲罐為例,可安裝於離罐壁0.7m的位置而不受罐壁影響。

汽油罐區一般是2萬立方米以下的內浮頂罐,推薦使用專用於導波管的FMR532平面天線雷達液位計(精度±1mm,測量距離1~38m)安裝於儲罐的導向柱上,對於小於DN150的導波管如DN100、DN80,可選用FMR530喇叭天線雷達液位計(精度±1mm,測量距離20m)。

柴油罐區、航空煤油罐區一般是2萬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液位計(精度±1mm,測量距離1~40m)。

燃料油罐區、重油罐區一般都是2萬立方米以下的拱頂罐,一般在儲罐底部裝有加熱盤管,對油品進行加熱保温,可參照柴油罐區、航空煤油罐區選用FMR540小拋物面天線或小喇叭天線雷達液位計(精度±1mm,測量距離1~40m)。

瀝青罐區一般是帶加熱盤管的拱頂罐,罐內温度可達攝氏150多度,而且容易在雷達天線上產生結焦。這種工況下一般推薦FMR533大拋物面天線雷達(精度±1mm,測量距離1~38m),其拋物面為DN450,可有效抵抗瀝青在天線上結焦所產生的影響,長期穩定可靠工作。

液化氣球罐區一般是1000立方米左右2.5MPa以下的高壓常温球罐,推薦使用FMR532平面天線雷達液位計(精度±1mm,測量距離1~38m)安裝於球罐的DN150導波管上,在雷達與球罐導波管之間加裝一台同徑手動球閥。當然在這種工況下有比雷達更適合的測量儀表,那就是E+H公司的伺服液位計NMS5(精度±0.7mm,測量距離1~36m),在此就不做論述了。

對於一些其它輔助儲罐如MTBE儲罐、掃線儲罐、消防水罐等可採用纜式雷達Levelflex M FMP40(精度±3mm,測量距離35m)。而污油儲罐可參考燃料油罐區、重油罐區選用FMR540小拋物面天線或小喇叭天線雷達液位計(精度±1mm,測量距離1~40m)。

以上雷達液位計均通過本安防爆HART通信協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蓋,進行在線調試維護等操作。又因為採用HART數字通信,而不是傳統的4-20mA,所以液位測量值沒有任何傳輸誤差。

三、罐旁指示儀

罐旁指示儀NRF590作為測量系統單元核心,為雷達液位計和其它可選的罐區儀表如平均温度計、壓力變送器等提供本安電源,採集所有與之相連的罐區儀表的測量值,進行各種儲罐數據的計算與補償,並實時顯示測量值與自診斷信息等,通過各種可選的數字現場總線(如MODBUS RS-485、V1等)與控制室罐區管理系統相連。

罐旁指示儀NRF590內部集成了安全柵電路,從本安接線腔接入的現場信號經過安全柵電路進入NRF590進一步處理,然後通過現場LCD顯示面板顯示,並通過現場總線輸出到控制室。這種設計方式既集成了面向儲罐現場的本安防爆子系統,同時又集成了面向控制室的隔爆子系統,在不增加測量系統複雜性的前提下,大大提高了測量系統的安全性及可維護性。

罐旁指示儀NRF590支持HTG靜壓式儲罐測量系統和HTMS混合式儲罐測量系統,接入可選的壓力變送器、平均温度計等,完成油品密度計算、罐體温度變形修正、罐體靜壓力變形修正等儲罐專用算法,從而向用户提供更加專業精準的儲罐實時數據。

罐旁指示儀NRF590採用了各種開放技術如HART通信協議、MODBUS RS-485現場總線輸出、系統軟件可升級技術等,同時十分重視本地化進程,現場顯示操作擁有可選的中文菜單等,從用户的角度出發,真正實現了用户投資效益最大化、實用安全最優化。

四、系統構成

E+H公司全新的罐區上位系統TankVision集成了先進的工業以太網技術、跨平台的Web Server與Java技術、支持標準的HTML語言和XML語言,支持工業標準的MODBUS RS-485和MODBUS TCP/IP協議,採用模塊化、標準化設計,共有3類模塊:Tank Scanner、Data Concentrator和Host Link。這些模塊通過工業以太網交換機連接在一起協同工作。

Tank Scanner接收一路從現場罐旁指示儀NRF590輸出的現場總線信號(如MODBUS RS-485總線,一條總線最多可連接15台罐旁指示儀NRF590),採集各儲罐的液位、温度、密度等現場信號,根據用户定義的罐量計算標準、儲罐容積表、各信號報警點等,進行罐量計算、報警檢測、歷史數據存儲、報警與事件存儲、生成報表等,並通過內置Web Server向外發佈。也就是説,多台上位計算機(Windows系統、Linux系統等)通過網絡瀏覽器(如IE、Firefox、Opera等)就能同時瀏覽Tank Scanner中各儲罐的實時信息。

Data Concentrator用於收集多個Tank Scanner的數據,如煉油廠罐區具有數十個Tank Scanner,上位計算機的網絡瀏覽器只須訪問Data Concentrator,就能管理整個罐區。
如果需要把罐區數據送入DCS/PLC系統,就要用到Host Link,Host Link根據用户定義的數據項採集各Tank Scanner中各儲罐的數據,通過MODBUS RS-232/485或MODBUS TCP/IP協議送入DCS/PLC系統。

TankVision同時集成了遠程調試與診斷技術,通過Internet或Intranet運行E+H公司新開發的企業資產管理軟件Fieldcare或調試軟件ToF Tool就能調試與診斷現場的罐區儀表如罐旁指示儀NRF590、各種雷達液位計、平均温度計等。

五、結束語

當今世界石油資源越來越寶貴,在石油的煉製儲運過程中各環節的節能降耗就顯得非常重要,而我國的煉油企業對煉油裝置的相關技術改造的同時,對罐區的自動控制與管理也越來越重視。在這種背景下,從中國用户的實際出發,結合世界工業自動化領域的先進技術,突出 “以人為本”的設計理念,貫徹本地化、專業化的思路大力推廣新型雷達測量系統在煉油廠罐區的應用。本文是作者在實際工作中的一些經驗所得,望起到“拋磚引玉”之功效,為我國煉油廠罐區的自動化測量水平更上一層樓而多做貢獻。

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