儲(chǔ)罐雷達(dá)液位計(jì)故障分析及解決方案

某公司烯烴項(xiàng)目全廠罐區(qū)擁有各類型儲(chǔ)罐60余座，其主要介質(zhì)包括：石腦油、丙烯、乙烯、油洗液化氣、加氫液化氣、液氨、丁二烯、丁烯-1以及燃料油等。其中加氫液化氣設(shè)立4座球形儲(chǔ)罐，每臺(tái)儲(chǔ)罐罐頂同時(shí)安裝1臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)及1臺(tái)伺服式液位計(jì)用于工藝人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液位變化及事故狀態(tài)下聯(lián)鎖觸發(fā)的條件。自開車運(yùn)行以來，全廠罐區(qū)4座加氫液化氣罐頂導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)均出現(xiàn)無規(guī)律的測(cè)量不準(zhǔn)現(xiàn)象，在與伺服液位計(jì)的趨勢(shì)比較過程中發(fā)現(xiàn)：雖然雷達(dá)液位計(jì)故障發(fā)生的時(shí)間不同，但四者的歷史趨勢(shì)均顯示在某一時(shí)刻某一液位（尤其是低液位）時(shí)，儀表輸出突然保持不變，隨實(shí)際液位的變化雷達(dá)液位計(jì)的輸出偏離正常值愈來愈大，又在一段時(shí)間以后，儀表指示突變至正常值。通過梳理確認(rèn)4臺(tái)雷達(dá)液位計(jì)的工藝環(huán)境、安裝方式、設(shè)備規(guī)格以及儀表型號(hào)完全相同，故筆者將此種現(xiàn)象合并為同一個(gè)問題進(jìn)行研究并提出可靠的解決方案，最終得以實(shí)施。故障原因分析01工藝環(huán)境分析加氫液化氣儲(chǔ)罐為標(biāo)準(zhǔn)的球型儲(chǔ)存罐設(shè)備，無任何工藝反應(yīng)產(chǎn)生，罐內(nèi)無攪拌器，罐體附近無壓縮機(jī)、泵組等大中型用電設(shè)備，4座儲(chǔ)罐的大小、規(guī)格及標(biāo)高均一致，4臺(tái)雷達(dá)液位計(jì)均選用某公司生產(chǎn)的同一型號(hào)導(dǎo)波纜繩式雷達(dá)液位計(jì)。02工作原理此型號(hào)雷達(dá)液位計(jì)出廠時(shí)采用物位回波的測(cè)量方式，以時(shí)域反射原理（TDR）為基礎(chǔ)，雷達(dá)液位計(jì)的電磁脈沖在空氣中以光速（V0）沿鋼纜傳播，當(dāng)脈沖信號(hào)遇到被測(cè)介質(zhì)表面時(shí)，雷達(dá)液位計(jì)的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置，發(fā)射裝置與被測(cè)介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時(shí)間（t）成正比，經(jīng)計(jì)算得出發(fā)射裝置至液面的距離（D）。如圖1所示，可以得出液位高度（L）的計(jì)算公式：L=空標(biāo)（E）-V0t/2（1）即：液位百分比（l）=（L÷F）×100%圖1加氫液化氣儲(chǔ)罐液位高度03分析原因顯然雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量不受介質(zhì)變化、溫度變化、惰性氣體及蒸汽、粉塵、泡沫等的影響。影響導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的因素除了安裝方式和外界信號(hào)干擾以外還有一個(gè)重要因素——介電常（就是我們常說的DC值），介電常數(shù)愈大，介質(zhì)物位反射回來的雷達(dá)回波信號(hào)就愈強(qiáng)。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)＜2.0時(shí)，雷達(dá)液位計(jì)的回波信號(hào)就會(huì)很弱。液化氣的介電常數(shù)為1.6~1.9，液化程度受溫度、壓力變化影響較大，加之加氫液化氣的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致介質(zhì)介電常數(shù)變化較頻繁、變化范圍較大。介電常數(shù)過低會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)波到達(dá)介質(zhì)表面時(shí)，被介質(zhì)反射回脈沖發(fā)射裝置的雷達(dá)波減少，從而使得回波信號(hào)變?nèi)?，雷達(dá)液位計(jì)信號(hào)處理單元會(huì)發(fā)出故障信號(hào)，變送器輸出則會(huì)按照預(yù)先設(shè)置的故障輸出模式（最后一個(gè)有效值）進(jìn)行輸出，即產(chǎn)生了雷達(dá)液位計(jì)輸出值保持不變的情況。提出解決方案目前電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，儀表行業(yè)受益匪淺。例如E+H公司生產(chǎn)的FMR51型雷達(dá)液位計(jì)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程組態(tài)、儀表自整定及報(bào)警信息儲(chǔ)存的眾多實(shí)用功能，并且可以通過FieldCareSFE500計(jì)算機(jī)軟件對(duì)在線儀表參數(shù)進(jìn)行編程和讀取儀表回波曲線。01方案根據(jù)儀表出現(xiàn)的共性問題分析判斷，初步得到2種方案。一是通過工藝技術(shù)手段改變介質(zhì)的化特性，例如提高介質(zhì)的壓力或溫度使其介電常數(shù)增大，達(dá)到雷達(dá)液位計(jì)許可范圍。此方案需要對(duì)工藝生產(chǎn)流程和設(shè)備做出改變，且需要投入高額的人力和財(cái)力成本，實(shí)現(xiàn)難度大、周期長，甚至可能會(huì)影響前后續(xù)工藝裝置的工藝指標(biāo)，使工廠的運(yùn)行增加難度，顯然這是不可行的；二是改變儀表測(cè)量方式為EOP測(cè)量，目的是實(shí)現(xiàn)類似伺服液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)——儀表的測(cè)量可以不受介質(zhì)介電常數(shù)、介質(zhì)特性的影響，使測(cè)量準(zhǔn)確可靠。對(duì)于導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)來說，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)液位很低，尤其是介電常數(shù)很低的介質(zhì)，回波信號(hào)很弱，很難被雷達(dá)液位計(jì)探測(cè)到，這時(shí)采用EOP算法，儀表仍然可以準(zhǔn)確地計(jì)算出液位。因脈沖信號(hào)需要通過整根導(dǎo)波纜繩（桿），信號(hào)傳輸時(shí)間較長，導(dǎo)致儀表靈敏度變低，但仍在工藝允許范圍。02EOP算法的工作原理信號(hào)發(fā)送端發(fā)送出的脈沖信號(hào)，經(jīng)過導(dǎo)波纜繩傳輸至纜繩末端，信號(hào)接收端檢測(cè)到導(dǎo)波纜繩末端返回的EOP信號(hào)，根據(jù)TOF原理計(jì)算出（信號(hào)發(fā)送至接受過程中物位的變化忽略不計(jì)）：纜長L=V0×信號(hào)發(fā)射至接收的時(shí)間差值t/2因儀表投入使用后EOP信號(hào)是經(jīng)過空氣-被測(cè)介質(zhì)-空氣后由信號(hào)接收天線接收，而脈沖信號(hào)在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在空氣中的傳播速度，顯然在被測(cè)介質(zhì)中信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間會(huì)更長，所以，當(dāng)容器中存在被測(cè)介質(zhì)的情況下，通過式（1）所計(jì)算出的纜長L明顯大于在空氣中的纜長（即空罐狀態(tài)下的纜長L0）由此得出雷達(dá)液位計(jì)EOP回波偏移率：EOP回波偏移率Ls=L/L0（2）被測(cè)介質(zhì)介電的常數(shù)為CV=（Ls+1）2=（L/L0+1）2（3）如果同時(shí)檢測(cè)到脈沖信號(hào)與EOP信號(hào)，雷達(dá)液位計(jì)會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的纜長L與實(shí)際纜長L0計(jì)算得出Ls，而且該過程是自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行的。如果出現(xiàn)失波，儀表將會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的L和上次計(jì)算出的Ls有效值計(jì)算出實(shí)際物位。方案實(shí)施理論狀態(tài)下，上述EOP測(cè)量方式完全可以滿足目前的工藝狀況技術(shù)指標(biāo)。在方案審批完成后，由工藝技術(shù)人員負(fù)責(zé)完成設(shè)備交出和安全交底，儀表專業(yè)確認(rèn)交出狀態(tài)，嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)票證審簽手續(xù)，在工藝監(jiān)護(hù)人員到場(chǎng)后，才能實(shí)施具體的操作。1.組態(tài)備份：通過HART通信或現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)記錄的方式，對(duì)儀表原有的組態(tài)進(jìn)行備份，目的是防止在組態(tài)修改后，如出現(xiàn)不可預(yù)見的不利結(jié)果，可以更加準(zhǔn)確地恢復(fù)到原有參數(shù)。2.儀表組態(tài)修改：通過HART通信手段，逐步進(jìn)入儀表“Sensor（傳感器）”—“EOPevaluation（EOP計(jì)算）”菜單，逐步實(shí)施以下操作。（1）介電常數(shù)：將原有的AutomaticDC（自動(dòng)介電常數(shù)）改為FixDC（固定介電常數(shù)）。（2）打開搜索EOP功能：將NegativeEOP（拒絕EOP）改為PositiveEOP（EOP優(yōu)先）。（3）修改優(yōu)先權(quán)：將Levelprefered（液位優(yōu)先）改為EOPpreferred（EOP優(yōu)先）。（4）輸入介電常數(shù)數(shù)值：EOP采用固定介電常數(shù)進(jìn)行計(jì)算，因此在Calc.DCvalue（介電常數(shù)數(shù)值）一欄中輸入介質(zhì)的介電常數(shù)的準(zhǔn)確值或中間值。3.探頭長度的修改：以上參數(shù)修改完成可通過EOPshift值的變化來驗(yàn)證組態(tài)的準(zhǔn)確性，如果此值穩(wěn)定即可進(jìn)入最后的探頭長度調(diào)整，進(jìn)入Pres.lengt