石二靜

（靈石縣中煤九鑫焦化有限責(zé)任公司， 山西 晉中 031307）

0 引言

石油化工領(lǐng)域的測(cè)量工作以接觸式的測(cè)量?jī)x器為主，而原油中含有的雜質(zhì)及其他成分會(huì)在一定程度上污染測(cè)量?jī)x器，或造成儀器的腐蝕，從而影響儀器的性能及測(cè)量精度。隨著雷達(dá)液位計(jì)被開(kāi)發(fā)，非接觸式測(cè)量就成了石油化工領(lǐng)域的主流測(cè)量方法。相比傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器，雷達(dá)液位計(jì)是靠雷達(dá)發(fā)出的聲波進(jìn)行測(cè)量，因而能夠免受泡沫、煙霧、蒸汽及其他介質(zhì)的影響，并表現(xiàn)出高水準(zhǔn)的測(cè)量精度。但原油的成分及測(cè)量環(huán)境依然具有很高的復(fù)雜程度，其生產(chǎn)過(guò)程更使得測(cè)量環(huán)境整體上并不理想，因此雷達(dá)液位計(jì)也常出現(xiàn)各種各樣的故障，這就意味著相關(guān)工作人員必須進(jìn)行液位計(jì)常見(jiàn)故障的分析及處理工作，來(lái)保證生產(chǎn)作業(yè)正常進(jìn)行。

1 測(cè)量原理

雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量工作主要依靠雷達(dá)聲波技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)，其原理是對(duì)聲波技術(shù)的應(yīng)用。液位計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)采用了一體化的設(shè)計(jì)概念，由于整個(gè)液位計(jì)中不存在傳動(dòng)裝置，因此能夠最大限度避免機(jī)械磨損影響性能的情況，具有較長(zhǎng)的使用壽命。且聲波的特征意味著液位計(jì)能用于幾乎所有液體的測(cè)量（應(yīng)用過(guò)程中聲波遭遇的各種介質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生足夠的反射波），非接觸式的測(cè)量方式也意味著液位計(jì)不會(huì)受到液體物理特性的影響，因而不需要再考慮測(cè)量液體濃度及密度對(duì)測(cè)量精度造成的影響[1]。最后，這種液位計(jì)的測(cè)量區(qū)間最大可達(dá)到0～35 m，即使是高溫、高壓狀態(tài)下的液體也能夠有效測(cè)量。

液位計(jì)的測(cè)量完全依靠微波實(shí)現(xiàn)，其上裝置了用于發(fā)生微波的高頻振蕩器，由振蕩器散發(fā)出的微波在經(jīng)輻射天線的引導(dǎo)之后可向固定方向發(fā)射（石油化工行業(yè)通常向下發(fā)射），以光速擴(kuò)散的微波在遭遇液體上表面之后會(huì)被吸收一部分，而另外一部分微波則會(huì)被反射，遭反射回的這部分微波會(huì)被液位計(jì)上的接收裝置檢測(cè)到。通常在計(jì)算發(fā)射及接收時(shí)間后對(duì)照微波的傳遞速度可計(jì)算出微波發(fā)射位置與液面的距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液位的精準(zhǔn)測(cè)量，但也有為確保精度應(yīng)用其他參數(shù)關(guān)系測(cè)量的案例，液位計(jì)工作原理圖如圖1 所示。

以第一種測(cè)量方式為例，應(yīng)用這種測(cè)量方式的液位計(jì)一般具有固定的發(fā)射頻率，通過(guò)智能化信號(hào)處理器測(cè)量液位高度，其測(cè)量公式為：

式中：t 為脈沖時(shí)間；c 為光速，取300 000 km/s；d 為液位計(jì)與被測(cè)液體表面的距離。

在這種情況下的液位計(jì)算公式為：

式中：l 為液位；e 為罐體總高度。

但部分情況下微波會(huì)出現(xiàn)虛假反射，此時(shí)則可應(yīng)用微處理技術(shù)或最新的測(cè)量軟件（以ECHOFOX 較為多見(jiàn)）精準(zhǔn)分析反射回的微波。

除了這一常見(jiàn)測(cè)量方式，其他測(cè)量方式中以測(cè)量發(fā)射波與反射波在頻率上的差別較為多見(jiàn)，得出的頻率差可經(jīng)過(guò)某種方法換算成電信號(hào)，該電信號(hào)通常與被測(cè)液體表面存在某種比例關(guān)系[2]。在這種情況下應(yīng)用的液位計(jì)在發(fā)射頻率上并不固定，具備一定的可調(diào)節(jié)功能，但應(yīng)用時(shí)會(huì)有較大的使用難度。最后，液位計(jì)同樣可以用于空倉(cāng)測(cè)試。

2 液位計(jì)測(cè)量精度影響因素

盡管液位計(jì)具有較高的測(cè)量精度，但出現(xiàn)某些情況時(shí)其測(cè)量精度同樣會(huì)受到影響。與傳統(tǒng)液位計(jì)不同，這種液位計(jì)在測(cè)量過(guò)程中會(huì)將罐體納入測(cè)量范圍，也就是說(shuō)罐體本身及原油內(nèi)的其他障礙物同樣會(huì)反射微波，進(jìn)而對(duì)測(cè)量結(jié)果形成一定的干擾，其影響因素通常包括以下幾方面內(nèi)容。

1）液位計(jì)本身的影響因素：儀表內(nèi)部、天線連接處、安裝短管處存在的阻抗躍變；儀表零部件出現(xiàn)故障；

2）罐體的影響因素：罐內(nèi)障礙物的微波反射、罐璧及罐頂或罐底形成的多次反射；

3）微波本身的狀態(tài)：微波因?qū)Рü軆?nèi)壁平整程度及直徑出現(xiàn)的行程時(shí)間變化；

4）液體狀態(tài)：液體處于不平靜狀態(tài)或表面有雜物時(shí)對(duì)微波形成的干擾（主要以液面在攪拌過(guò)程中、液面出現(xiàn)湍流或液面有泡沫漂浮較為多見(jiàn)）；

5）環(huán)境因素：冷凝水同樣會(huì)在天氣寒冷時(shí)影響微波反射狀態(tài)。

3 液位計(jì)常見(jiàn)故障分析與處理策略

3.1 測(cè)量結(jié)果存在誤差

某些情況下在應(yīng)用液位計(jì)測(cè)量罐內(nèi)液位高度時(shí)，在經(jīng)其他測(cè)量方法驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果存在明顯誤差，液位實(shí)際高度與測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)數(shù)10 cm 的差距。導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的一種可能，是包括罐體、罐高等基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)置存在偏差；另一種可能則是液位計(jì)的狀態(tài)不正常。

解決方法是尋求罐體工藝人員的技術(shù)支持，重新獲取罐體參數(shù)并核對(duì)，核對(duì)完確認(rèn)無(wú)誤之后再次設(shè)置正確的罐體高度。如果依然出現(xiàn)有誤差存在的情況，就檢查液位計(jì)的狀態(tài)[3]。某些情況下液位計(jì)天線上存在因冷凝現(xiàn)象出現(xiàn)的水珠，在這種時(shí)候就需要將液位計(jì)斷電，拆下液位計(jì)上的微波發(fā)射頭并進(jìn)行清理，待發(fā)射頭完全干燥之后裝上，重新啟動(dòng)液位計(jì)來(lái)觀察指數(shù)是否正常。

3.2 測(cè)量值出現(xiàn)明顯波動(dòng)

在應(yīng)用液位計(jì)測(cè)量油位高度的時(shí)候，偶爾會(huì)出現(xiàn)測(cè)量值不穩(wěn)定（在一個(gè)小范圍區(qū)間內(nèi)反復(fù)跳動(dòng)）的情況，這與企業(yè)油品的狀態(tài)有很大關(guān)系。經(jīng)大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，如果油田接卸的油品長(zhǎng)期存在黏度較大的情況，那么在原油液位下降（抽走原油之后）后導(dǎo)波管內(nèi)會(huì)出現(xiàn)非常明顯的掛壁現(xiàn)象（液體涂掛于導(dǎo)波管內(nèi)壁，難以在重力作用下脫離）。這部分凝聚在導(dǎo)波管內(nèi)壁的液體會(huì)在微波發(fā)射過(guò)程中形成干擾波，進(jìn)而影響到液位計(jì)的測(cè)量效果。還有另一種情況是因油品的油氣導(dǎo)致，油品在伴熱過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大量蒸騰的油氣，而這種油氣中含有難以查明的多種雜質(zhì)，其中部分有腐蝕性的雜質(zhì)會(huì)影響到導(dǎo)波管，在油氣得不到及時(shí)且充分排除的情況下，導(dǎo)波管會(huì)受到強(qiáng)烈的腐蝕并滋生鐵銹，從而影響到微波的發(fā)射，導(dǎo)致測(cè)量值出現(xiàn)波動(dòng)的情況出現(xiàn)。

解決方法是在測(cè)量過(guò)程中注意觀察微波的狀態(tài)，如果微波中出現(xiàn)的雜波強(qiáng)度較低，則可視情況適當(dāng)調(diào)高雷達(dá)的感應(yīng)下限，以使液位計(jì)能夠有效屏蔽雜波；如果雜波表現(xiàn)出的強(qiáng)度較高，就需要在之后進(jìn)油時(shí)增加伴熱的強(qiáng)度和時(shí)間，通過(guò)充分伴熱的策略加速掛壁油污的融化，清除因?qū)Рü軆?nèi)油污造成的干擾。

3.3 測(cè)量值鎖定

測(cè)量值鎖定的故障原因通常在導(dǎo)波管遭到障礙物強(qiáng)干擾的情況下出現(xiàn)，此時(shí)因障礙物產(chǎn)生的回波具有比較高的強(qiáng)度（微波遭遇這種障礙物會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈反射），查看回波強(qiáng)度時(shí)往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)比較大的數(shù)值。這種障礙在液位計(jì)安裝測(cè)試過(guò)程中較為頻繁出現(xiàn)。

解決方法是檢查液位計(jì)的安裝狀態(tài)，對(duì)于導(dǎo)波管、延長(zhǎng)桿這種微波經(jīng)過(guò)的區(qū)域更需要仔細(xì)檢查。在未發(fā)現(xiàn)有障礙物但仍存在測(cè)量值鎖定（強(qiáng)干擾）的情況下，則需要將檢測(cè)到的回波注冊(cè)為虛假回波，之后障礙物所造成的干擾回波會(huì)被忽略；另外還需要檢查液位計(jì)電子模塊的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)電子模塊運(yùn)行狀態(tài)異常，則需要聯(lián)系維修人員及時(shí)進(jìn)行檢修更換。在最初安裝液位計(jì)的時(shí)候，應(yīng)嚴(yán)格遵循一系列安裝事項(xiàng)，確保液位計(jì)垂直向下安裝，安裝時(shí)還應(yīng)確保電纜入口的連接電纜向下以排走冷凝水，并保證微波發(fā)射天線與測(cè)量介質(zhì)表面有5 cm 以上的距離，安裝位置上應(yīng)盡可能選擇罐體半徑的一半左右，嚴(yán)禁安裝在容器正中上方位置，且應(yīng)當(dāng)保持傳感器與罐璧之間有一定的距離。

3.4 液位過(guò)低時(shí)測(cè)量精度下降

某些情況下測(cè)量時(shí)會(huì)獲得明顯的干擾波，或是出現(xiàn)無(wú)法測(cè)量的情況，這種情況一般在油品低液位測(cè)量或是罐底過(guò)程中發(fā)生。導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的原因是微波在發(fā)射出去之后穿過(guò)油品，經(jīng)罐底反射而上；罐體在底部呈凹型設(shè)計(jì)或是錐形設(shè)計(jì)同樣會(huì)出現(xiàn)這種情況（微波無(wú)法接觸到油品表面而是直接接觸罐底），解決方法是換用其他的液位計(jì)量方式。

部分時(shí)候在進(jìn)油工藝操作過(guò)程中會(huì)因?yàn)楦邷禺a(chǎn)生蒸汽，而微波在觸及蒸汽時(shí)會(huì)形成漫反射，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量的情況出現(xiàn)。這種情況的解決方法是待進(jìn)油工藝完全完成后，等到溫度下降罐內(nèi)水蒸氣冷凝或是散盡之后再進(jìn)行測(cè)量。

4 結(jié)語(yǔ)

本文只是給出了雷達(dá)液位計(jì)較常見(jiàn)的故障及解決方式，實(shí)則這種液位計(jì)最早出現(xiàn)之后主要應(yīng)用在軍工領(lǐng)域，時(shí)至今日已經(jīng)歷經(jīng)了多年的發(fā)展，擁有了較為成熟的技術(shù)體系，儀器在性能上已經(jīng)獲得大幅提升，同時(shí)測(cè)量精度也達(dá)到了一個(gè)非常高的水準(zhǔn)，運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性同樣獲得了可靠保障。依靠液位計(jì)本身高測(cè)量精度、免接觸測(cè)量方式等各方面優(yōu)勢(shì)，這一設(shè)備在石油化工行業(yè)中的應(yīng)用依然有著非常良好的前景。