用于解决传统储罐计量的雷达液位计与其他液位计对比

传统的储罐计量解决方案
有五种常见的自动储罐计量解决方案广泛用于库存和保管应用。

手动测量
该解决方案是所有其他解决方案的参考，它使用浸渍带。手动测量使用天线（从顶部法兰到罐底）或缺量（从顶部法兰到顶部液体层）方法来测量罐内的总液位。API MPMS第3.1A章涵盖了手动测量的程序和要求，通常是三个连续读数，差值不超过±3 mm。

浮子和卷尺
该解决方案使用通过穿孔带连接到弹簧的浮子。弹簧提供恒定的张力，平衡液面上的浮子。穿孔带连接到机械计数器组件。

伺服压力表
伺服仪表采用位移测量原理。使用伺服电机在滚筒的测量线上的小型置换器（重量）精确地定位并平衡在液体介质中。这些设备可满足库存和保管准确度要求。

雷达液位计储罐测量
雷达液位计测量储罐（RTG）是较常用的储罐计量解决方案。它曾经是沙特阿美公司用于库存罐的标准储罐计量解决方案。该技术基于微波，可测量从顶部连接到液体表面的距离。两种可用技术是调频连续波（FMCW）和飞行时间时域反射计（TDR）。这些设备可满足库存和保管准确度要求。

静液压油箱压力表
静压液位计（HTG）系统较多有三个压力变送器和一个温度变送器。两个压力变送器安装在靠近罐底部的位置，用于计算密度。第三个变送器测量水箱顶部的蒸汽压力，以提高精度。

图2.浮子和带式压力计

图3.伺服压力计

图4. RTG

图5. HTG
项目初始范围和挑战
沙特阿美公司较近的一个储罐计量项目的目标是安装雷达液位计，在42个储罐上安装多个温度测量点，用于原油和精炼产品。有三种类型的罐：外部浮子，内部浮子和固定顶部罐。设计阶段遇到的主要挑战是：
每个RTG都需要在大型油库区域内进行挖掘，以便为信号和外部电源运行新的和长的电缆。
每个罐需要6到8英寸的喷嘴尺寸。
多点温度变送器需要喷嘴。
带有内部屋顶的储罐必须是空的，清洁并通风以安装新的静水管。这意味着至少需要三到五年的时间来执行该项目。
需要在过程界面建筑物中安装新的机柜，硬件和软件，这可能意味着扩建现有建筑物或建造新建筑物。
RTG需要工厂验收测试（FAT），这增加了项目进度和成本。
项目执行需要数年时间，包括其高成本。
用于库存储罐计量的GWR技术
工作原理
导波雷达（GWR）或时域反射仪是一种双线微波级仪器，可将雷达信号沿金属波导（单杆/电缆，双杆，电缆或同轴杆）传输。仪器操作原理是飞行时间。
V = C /√K
其中
V =使用中的脉冲速度
C =空气中的脉冲速度= 300,000 km / sec
K =介电常数
进出液体表面的信号瞬态时间将决定液位测量。

GWR的优势
GWR技术具有许多优点，使其成为库存储罐计量的有吸引力的选择：
GWR级仪器是双线式变送器，不需要外部电源。
就资本和运营支出而言，GWR是一种非常经济的选择。
可在大气储罐投入使用时安装GWR。
GWR是“即插即用”和维护友好的技术。
GWR电缆版本可以扩展到75米高。
GWR对介电变化不敏感，适用于低介电常数的流体。
GWR具有不同的过程连接类型和大小。
可以切割GWR杆/电缆以适合所需的长度（或高度）。
GWR仪器可以提供总烃水平和水界面水平。
GWR具有不同的开放式通信协议，例如模拟4-20 mA，基金会现场总线和无线。
根据供应商和测量距离，GWR可以具有2 mm至3 mm的固有实验室精度和25 mm的安装精度。
GWR供应商可以为每个GWR提供五点校准。
该技术符合上面强调的所有API MPMS第3.1B章要求。
GWR将取消传统的RTG专有硬件和系统组件。
由于其简单性，不需要FAT。
GWR可以安装有或没有静止管道。

图6.三种储罐类型。
GWR试点和测试结果
一项计划旨在试验来自两个不同制造商的四台GWR级仪器，这些仪器使用不同的炼油厂产品，并监测一年内的性能。在此期间，运营团队进行了频繁的手动测量（每次测试三次），以检查GWR的安装精度。
在进行现场测试之前，会询问所选供应商：
确认其GWR的固有精度在±3 mm（±1/8英寸）范围内。此外，每个供应商必须提供每个GWR的五点校准以确认所述准确度。两家供应商都提供了所需的确认和数据。
提供参考认证仪器的证书，说明可追溯到国家或国际标准。供应商为德国认证机构
DAkkS 提供了可追溯性证书。
确认GWR发送器具有写保护。两家供应商都为其GWR仪器确认并说明了这一功能。
在安装和调试后，双方还与两家GWR供应商达成共识，检查并确认以下内容：
GWR的整体精度应在±25 mm（±1英寸）范围内
本地发射机显示和远程DCS读数之间的读数差异应在1 mm以内
因此，选择了四辆坦克进行现场试验。图7表突出显示了数据。
图8中的草图表示GWR仪器在三种类型的罐上的安装设置（从左侧：外部屋顶，内部屋顶和锥形屋顶）。
调试后，收集每个发射机的回波曲线，以确认每个GWR的强回波，没有信号丢失和无干扰（图10和11）。
一年多来，炼油厂运营团队进行了手动浸渍，以检查所安装的GWR仪器的读数准确性。这一年的数据清楚地表明，库存储罐计量应用的精度在±25 mm范围内。收集的数据样本如图12所示。

图7. GWR的试验安装。

图8.不同类型坦克上的GWR安装选项。

项目范围修订
GWR用于库存储罐计量应用的成功结果为沙特阿美公司的Riyadh炼油厂项目揭示了一种新的合适解决方案。对项目范围进行了修订，以强制要求项目的GWR，并消除所有复杂性和可施工性挑战。由于来自两家供应商的GWR仪器表现出优越且相同的性能，因此供应商选择基于招标。该项目的较终工作范围修订如下：
测量技术和设置：
GWR应用于利雅得炼油厂项目的库存储罐计量。
对于没有静止管道的储罐（例如，带锥形或内部浮顶的储罐），无需安装静水管。
对于温度测量，由于此应用是库存，应使用API?? MPMS第7章允许的点温度传感器。
压力变送器应安装在每个罐的底部，以帮助进行质量计算。

图9.用于驾驶的已安装GWR。
通信协议：Foundation Fieldbus（FF）：
炼油厂油库中现有的FF段已经过验证，并且可以在该项目中适应新的GWR仪器。
RR油库中的现有资产管理平台（即横河电机的PRM）将用于维护。
油罐库存计算：应使用DCS，因为它有能力执行API MPMS第12.1.1章中解决的库存计算。
油罐库存管理模块配置为炼油厂现有的DCS。此步骤消除了用于储罐库存计算的专有硬件和软件。
经济的解决方案

沙特阿美公司储罐计量项目的实施为库存储罐计量提供了一个简单，可靠，高度经济的系统。该解决方案在准确性和性能方面证明完全符合API MPMS第3.1B章。此外，它提供了一种通用的解决方案，允许使用不同的硬件和通信协议，并允许DCS作为软件库存计算的平台。
重要的是要强调GWR具有制造商为选择，安装和调试设定的基本规则。遵循这些规则将保证成功的表现。偏离这些要求会产生令人不快的挑战和测量误差。
GWR的成功故事也为使用双线非接触式雷达液位计进行库存储罐计量提供了另一个机会，因为这些非接触式雷达液位计能够满足API MPMS第3.1B章的要求。它们在熔融硫磺和沥青等应用中非常有用。
这一成功案例不仅影响了利雅得炼油厂项目，而且还影响了沙特阿美公司的标准，只要供应商证明完全符合API MPMS第3.1章，这些标准已经过修订，规定了库存储罐计量的双线GWR。 B要求。

图10. RYT-70和IZO1-D006上的GWR回波曲线。

图11. RYT-72上的GWR回波曲线。

图12.与GWR读数相比的手动测量。

图13. DCS中的油箱库存参数和计算。