用于解決傳統儲罐計量的雷達液位計與其他液位計對比

傳統的儲罐計量解決方案
有五種常見的自動儲罐計量解決方案廣泛用于庫存和保管應用。

手動測量
該解決方案是所有其他解決方案的參考，它使用浸漬帶。手動測量使用天線（從頂部法蘭到罐底）或缺量（從頂部法蘭到頂部液體層）方法來測量罐內的總液位。API MPMS第3.1A章涵蓋了手動測量的程序和要求，通常是三個連續讀數，差值不超過±3 mm。

浮子和卷尺
該解決方案使用通過穿孔帶連接到彈簧的浮子。彈簧提供恒定的張力，平衡液面上的浮子。穿孔帶連接到機械計數器組件。

伺服壓力表
伺服儀表采用位移測量原理。使用伺服電機在滾筒的測量線上的小型置換器（重量）精確地定位并平衡在液體介質中。這些設備可滿足庫存和保管準確度要求。

雷達液位計儲罐測量
雷達液位計測量儲罐（RTG）是較常用的儲罐計量解決方案。它曾經是沙特阿美公司用于庫存罐的標準儲罐計量解決方案。該技術基于微波，可測量從頂部連接到液體表面的距離。兩種可用技術是調頻連續波（FMCW）和飛行時間時域反射計（TDR）。這些設備可滿足庫存和保管準確度要求。

靜液壓油箱壓力表
靜壓液位計（HTG）系統較多有三個壓力變送器和一個溫度變送器。兩個壓力變送器安裝在靠近罐底部的位置，用于計算密度。第三個變送器測量水箱頂部的蒸汽壓力，以提高精度。

圖2.浮子和帶式壓力計

圖3.伺服壓力計

圖4. RTG

圖5. HTG
項目初始范圍和挑戰
沙特阿美公司較近的一個儲罐計量項目的目標是安裝雷達液位計，在42個儲罐上安裝多個溫度測量點，用于原油和精煉產品。有三種類型的罐：外部浮子，內部浮子和固定頂部罐。設計階段遇到的主要挑戰是：
每個RTG都需要在大型油庫區域內進行挖掘，以便為信號和外部電源運行新的和長的電纜。
每個罐需要6到8英寸的噴嘴尺寸。
多點溫度變送器需要噴嘴。
帶有內部屋頂的儲罐必須是空的，清潔并通風以安裝新的靜水管。這意味著至少需要三到五年的時間來執行該項目。
需要在過程界面建筑物中安裝新的機柜，硬件和軟件，這可能意味著擴建現有建筑物或建造新建筑物。
RTG需要工廠驗收測試（FAT），這增加了項目進度和成本。
項目執行需要數年時間，包括其高成本。
用于庫存儲罐計量的GWR技術
工作原理
導波雷達（GWR）或時域反射儀是一種雙線微波級儀器，可將雷達信號沿金屬波導（單桿/電纜，雙桿，電纜或同軸桿）傳輸。儀器操作原理是飛行時間。
V = C /√K
其中
V =使用中的脈沖速度
C =空氣中的脈沖速度= 300,000 km / sec
K =介電常數
進出液體表面的信號瞬態時間將決定液位測量。

GWR的優勢
GWR技術具有許多優點，使其成為庫存儲罐計量的有吸引力的選擇：
GWR級儀器是雙線式變送器，不需要外部電源。
就資本和運營支出而言，GWR是一種非常經濟的選擇。
可在大氣儲罐投入使用時安裝GWR。
GWR是“即插即用”和維護友好的技術。
GWR電纜版本可以擴展到75米高。
GWR對介電變化不敏感，適用于低介電常數的流體。
GWR具有不同的過程連接類型和大小。
可以切割GWR桿/電纜以適合所需的長度（或高度）。
GWR儀器可以提供總烴水平和水界面水平。
GWR具有不同的開放式通信協議，例如模擬4-20 mA，基金會現場總線和無線。
根據供應商和測量距離，GWR可以具有2 mm至3 mm的固有實驗室精度和25 mm的安裝精度。
GWR供應商可以為每個GWR提供五點校準。
該技術符合上面強調的所有API MPMS第3.1B章要求。
GWR將取消傳統的RTG專有硬件和系統組件。
由于其簡單性，不需要FAT。
GWR可以安裝有或沒有靜止管道。

圖6.三種儲罐類型。
GWR試點和測試結果
一項計劃旨在試驗來自兩個不同制造商的四臺GWR級儀器，這些儀器使用不同的煉油廠產品，并監測一年內的性能。在此期間，運營團隊進行了頻繁的手動測量（每次測試三次），以檢查GWR的安裝精度。
在進行現場測試之前，會詢問所選供應商：
確認其GWR的固有精度在±3 mm（±1/8英寸）范圍內。此外，每個供應商必須提供每個GWR的五點校準以確認所述準確度。兩家供應商都提供了所需的確認和數據。
提供參考認證儀器的證書，說明可追溯到國家或國際標準。供應商為德國認證機構
DAkkS 提供了可追溯性證書。
確認GWR發送器具有寫保護。兩家供應商都為其GWR儀器確認并說明了這一功能。
在安裝和調試后，雙方還與兩家GWR供應商達成共識，檢查并確認以下內容：
GWR的整體精度應在±25 mm（±1英寸）范圍內
本地發射機顯示和遠程DCS讀數之間的讀數差異應在1 mm以內
因此，選擇了四輛坦克進行現場試驗。圖7表突出顯示了數據。
圖8中的草圖表示GWR儀器在三種類型的罐上的安裝設置（從左側：外部屋頂，內部屋頂和錐形屋頂）。
調試后，收集每個發射機的回波曲線，以確認每個GWR的強回波，沒有信號丟失和無干擾（圖10和11）。
一年多來，煉油廠運營團隊進行了手動浸漬，以檢查所安裝的GWR儀器的讀數準確性。這一年的數據清楚地表明，庫存儲罐計量應用的精度在±25 mm范圍內。收集的數據樣本如圖12所示。

圖7. GWR的試驗安裝。

圖8.不同類型坦克上的GWR安裝選項。

項目范圍修訂
GWR用于庫存儲罐計量應用的成功結果為沙特阿美公司的Riyadh煉油廠項目揭示了一種新的合適解決方案。對項目范圍進行了修訂，以強制要求項目的GWR，并消除所有復雜性和可施工性挑戰。由于來自兩家供應商的GWR儀器表現出優越且相同的性能，因此供應商選擇基于招標。該項目的較終工作范圍修訂如下：
測量技術和設置：
GWR應用于利雅得煉油廠項目的庫存儲罐計量。
對于沒有靜止管道的儲罐（例如，帶錐形或內部浮頂的儲罐），無需安裝靜水管。
對于溫度測量，由于此應用是庫存，應使用API?? MPMS第7章允許的點溫度傳感器。
壓力變送器應安裝在每個罐的底部，以幫助進行質量計算。

圖9.用于駕駛的已安裝GWR。
通信協議：Foundation Fieldbus（FF）：
煉油廠油庫中現有的FF段已經過驗證，并且可以在該項目中適應新的GWR儀器。
RR油庫中的現有資產管理平臺（即橫河電機的PRM）將用于維護。
油罐庫存計算：應使用DCS，因為它有能力執行API MPMS第12.1.1章中解決的庫存計算。
油罐庫存管理模塊配置為煉油廠現有的DCS。此步驟消除了用于儲罐庫存計算的專有硬件和軟件。
經濟的解決方案

沙特阿美公司儲罐計量項目的實施為庫存儲罐計量提供了一個簡單，可靠，高度經濟的系統。該解決方案在準確性和性能方面證明完全符合API MPMS第3.1B章。此外，它提供了一種通用的解決方案，允許使用不同的硬件和通信協議，并允許DCS作為軟件庫存計算的平臺。
重要的是要強調GWR具有制造商為選擇，安裝和調試設定的基本規則。遵循這些規則將保證成功的表現。偏離這些要求會產生令人不快的挑戰和測量誤差。
GWR的成功故事也為使用雙線非接觸式雷達液位計進行庫存儲罐計量提供了另一個機會，因為這些非接觸式雷達液位計能夠滿足API MPMS第3.1B章的要求。它們在熔融硫磺和瀝青等應用中非常有用。
這一成功案例不僅影響了利雅得煉油廠項目，而且還影響了沙特阿美公司的標準，只要供應商證明完全符合API MPMS第3.1章，這些標準已經過修訂，規定了庫存儲罐計量的雙線GWR。 B要求。

圖10. RYT-70和IZO1-D006上的GWR回波曲線。

圖11. RYT-72上的GWR回波曲線。

圖12.與GWR讀數相比的手動測量。

圖13. DCS中的油箱庫存參數和計算。