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雷達液位計在LNG儲罐的罐區計量系統中的選型與應用

作者: 來源: 發布時間:2017-09-28 09:06:52

 摘要:根據LNG計量系統的要求,選取合適的儀表進行液位、溫度、密度測量,分別闡述了伺服液位計、雷達液位計、多點溫度計、液位溫度密度計、罐旁顯示儀的特點,結合E+H庫存管理系統,組建了儲罐測量系統構架。庫存管理系統可以顯示儲罐液位、溫度、密度等參數,同時可以監測LNG分層,實現庫存管理。

        LNG靜態計量與油品的靜態計量類似,通過測量儲罐的液位等參數來計算其體積,再用密度來計算質量。目前接收站LNG儲罐大多采用的是1.6×105m3的地面全容式混凝土儲罐,外罐直徑達82m,高達37m。LNG儲罐具有容量大、低溫介質、沸騰狀態、氣化率高、易燃易爆等特點,在儲存中易產生分層和翻滾問題。所以不僅要監測液位,還要對LNG儲罐的溫度、密度等參數進行監測。

1 測量儀表組成及各儀表特點

        每個LNG儲罐罐頂安裝2臺伺服液位計,其中1臺為主伺服液位計,另1臺為輔伺服液位計;2臺16點平均溫度計;1臺雷達液位計;1臺液位溫度密度計;儲罐旁安裝2臺罐旁顯示儀;控制室設2臺儲罐掃描儀,1臺交換機,3臺監測站計算機。

        1)伺服液位計。該液位計是基于浮力平衡原理工作的,由高精度力傳感器、伺服電機系統、測量磁鼓、測量浮子以及鋼絲組成,通過測量浮子所受浮力的增減所引起的鋼絲拉力的變化,由控制器發出指令,伺服電機以一定的步幅帶動測量磁鼓轉動,隨之帶動浮子不斷地跟蹤液位的變化,同時計數器記錄了伺服電機的轉動步數,并自動地計算出測量浮子的位移量,即液位的變化量

。該類液位計精度可達±0.7mm,重復性優于±0.1mm,具有PTB和NMi計量交接認證。為避免浮子受介質波動而劇烈擺動,應安裝穩液管。LNG儲罐的液位測量范圍高達38m,所選浮子直徑為50mm,穩液管的直徑應大于DN150。該液位計可接收4路HART協議輸入,具備多種現場總線協議輸出,同時具有4個無源開關量輸出,可自由定義液位測量值觸發。

        2)16點平均溫度計。該平均溫度計由A級

亚博账号登录Pt100和信號轉換單元組成,16個Pt100元件從上至下均勻分布,并且給每個溫度探頭按順序編碼。溫度測量精度小于 ±0.1 ℃ ,測量范圍 -200~71℃ ,將 RTD信號轉換為 HART協議數據輸出。16 點平均溫度計與罐旁顯示儀之間需要 1 根 2 芯雙絞線電纜就可以完成供電和數據通信。

亚博账号登录        3 )雷達液位計。通過處理雷達波從探頭發射到介質表面后再返回到探頭的時間來測量液位,該雷達液位計采用了脈沖雷達波測量技術,加裝導波管后,雷達信號在導波管內傳輸,即便在液體表面沸騰的情況下,也能使液位計獲得足夠強的回波信號。該類液位計精度可達 ±0.8 mm ,量程可達38m ,高于貿易計量交接的標準 PTB ,安裝的導波管管徑應不小于 DN 150 。輸出帶有 HART 協議的 4~20mA 信號,可配置 2 個開關量輸出信號。

亚博账号登录        4 )液位溫度密度計。帶伺服機構的 LNG 儲罐液位、溫度、密度測量儀表可以進行液位、溫度和密度的實時測量。該測量儀表由機械驅動部件、1 個多傳感器組合的探頭以及帶微處理器的現場控制單元組成。探頭懸浮在 LNG 中,根據控制單元的命令由電機驅動從罐底到zui大充注液位范圍內作垂直運動,探頭的運動模式可設置成自動或手動。探頭內的傳感器可分別測量出液位、溫度、密度信號 ,探頭套內傳感器的信號線通過中空螺旋電纜傳至儀表。可提供冗余現場總線 Modbus RS - 485輸出。

亚博账号登录        5 )罐旁顯示儀。罐旁指示儀作為現場測量系統單元核心,采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,并實時顯示測量值與自診斷信息等,通過可選的數字現場總線與控制室罐區管理系統相連。

亚博账号登录2  儲罐監測系統架構

        伺服液位計、雷達液位計、16點平均溫度計通過 HART 總線與罐旁顯示儀相連。罐旁顯示儀、液位溫度密度計通過現場總線與儲罐掃描儀相連。儲罐掃描儀又通過以太網連接庫存管理系統監測站PC。系統拓撲結構如圖1所示。主伺服液位計、輔伺服液位計和雷達液位計分別提供獨立的液位高高、低低無源觸點信號,用于“2oo3 ”的液位高高、低低安全聯鎖信號。

LNG儲罐監測系統拓撲結構示意

3  庫存管理系統與液位分層監測

3.1  庫存管理系統

亚博账号登录        庫存管理系統由儲罐掃描儀和監測站 PC 組成。儲罐掃描儀是庫存管理系統的核心部分,接收從現場罐旁顯示儀輸出的現場總線信號,采集各儲罐的液位、溫度、密度等現場信號,儲罐掃描儀內置了多種儲罐管理標準算法,供用戶選擇。儲罐掃描儀根據用戶定義的罐量計算標準、儲罐容積表、各信號報警點等,進行罐內存量計算、物料參數計算、報警檢測、歷史數據存儲、報警與事件存儲、生成報表等,并通過內置 Web Server向外發布。多臺上位計算機通過網絡瀏覽器就能同時瀏覽儲罐掃描儀中各儲罐的實時信息。庫存監控管理軟件具有圖形化用戶界面,可實現庫存管理、液位、溫度、密度顯示,計算參數顯示,物料參數顯示,存量顯示,歷史數據趨勢顯示,報警顯示,事件查看等功能。

亚博账号登录3.2 LNG分層監控

亚博账号登录        LNG 是多組分混合物,因溫度和組分的變化會引 起 密 度變 化,液 體 密度的差異使儲罐內的LNG發生分層。若儲罐內的液體已經分層,隨著外部熱量的導入,底層 LNG 溫度升高,密度變小;頂層 LNG 由于 BOG 的揮發而密度變大,經過傳質,下部LNG上升到上部,壓力減小,成為飽和液體,積蓄的能量迅速釋放,產生大量 BOG ,即產生翻滾現象。

        儲罐內各個高度的 LNG 溫度和密度經儲罐掃描儀補償計算后存儲在掃描儀內,在監測站 PC上可以連續顯示。如果液體上層與底層zui大溫差與密度差都超過設定值時,發出報警,視為分層已經發生,具有發生翻滾的可能性,操作員可以采取措施來避免發生翻滾現象,如此循環。

4  結束語

亚博账号登录        通過伺服液位計、雷達液位計、多點溫度計、液位溫度密度計的組合使用,既實現了 LNG 過程檢測需求,又為庫存管理提供了準確的原始數據。庫存管理系統整合了現場各儀表的測量數據,通過圖形用戶界面供用戶進行儲罐庫存管理和監控。

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