CC BY
29
46 КИПиА 11 (31) май 2007 г. ЭКСПОЗИЦИЯ
Задача измерения уровня является одной из важнейших в системах мониторинга и управления технологическими процессами в отраслях добычи, переработки, хранения и отпуска нефти. При этом характерной чертой современного этапа развития промышленных измерителей уровня является постоянное повышение требований к их метрологическим и эксплуатационным характеристикам, надежности и безопасности функционирования на объектах. Работы по совершенствованию подобных приборов основаны на их периодической модернизации с обязательным учетом опыта промышленного применения, поиске новых технических решений, способных обеспечить высокую эффективность создаваемой аппаратуры _
СОВРЕМЕННЫЕ
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ для измерения уровня нефти и нефтепродуктов
В последние годы требования к точности уровнемеров в ряде особо ответственных промышленных и индустриальных применений (системах коммерческого учета, системах управления резервуарными парками, контроля резервуаров с ценным технологическим сырьем) были существенно ужесточены и на сегодняшний день практически доведены до величины порядка миллиметра и даже менее. Потенциальная возможность реализации указанных показателей точности, а также ряд важных особенностей, присущих радиолокационному (радарному) методу - возможность контроля подавляющего большинства жидкостей, невосприимчивость к испарениям, пене, высоким давлению и температуре, бесконтактный принцип измерений, сделали его практически доминирующим в задачах прецизионного измерения уровня. Эффективность радиолокационных измерителей несомненна и в случае значительной высоты резервуаров (более 6 метров), когда геометрические размеры, вес и обрастание контактных измерительных датчиков уровня становятся серьезным препятствием на пути их использования. Поэтому сейчас высокоточные радиолокационные уровнемеры, выпускаемые ведущими западными производителями и пока еще немногими российскими фирмами, уже успешно используются на отечественных предприятиях, надежно функционируя и полностью оправдывая вложения.
Принцип действия радиолокационного уровнемера с непрерывным излучением основан на использовании метода частотной модуляции (качание частоты) излучаемого сигнала и соответствует работе радиолокатора. Отраженный от поверхности контролируемого продукта сигнал, имеющий задержку на время распространения, вновь принимается измерителем и сравнивается с излученным. Результатом этой операции является выделение колебания разностной частоты, которая пропорциональна временной задержке отраженного сигнала, а следовательно - дальности для продукта. Оценка частоты разностного сигнала дает значение дальности, а значение уровня рассчитывается по введенной в прибор высоте рабочего резервуара относительно монтажного фланца прибора.
В основу задающей части радиолокационных приборов с точностью измерения порядка 1 мм положен метод цифрового вычислительного частотного синтеза, позволяющего из колебания опорного (эталонного)
кварцевого генератора формировать излучаемый сигнал в СВЧ диапазоне с линейностью качания частоты не хуже чем 110-6. Высоколинейное качание обеспечивает получение монохроматического разностного колебания, выборка которого осуществляется на половине периода модуляции. Для прецизионного измерения частоты этого сигнала потребовалось применение спектрального метода (частота определяется по максимуму спектральной составляющей), реализованного в высокопроизводительном цифровом сигнальном процессоре. Потенциальные возможности этого метода настолько высоки, что в процессе измерений позволяют устойчиво регистрировать, изменения разностной частоты в десятые доли герца (например, изменение уровня продукта на 1 мм на дальности 10 м вызывает изменение разностной частоты всего на 0,4 Гц).
Результатом применения указанного технического решения стала разработка и запуск в серийное производство двух приборов БАРС351И и БАРС352И различающихся одно- и двухантенной конструкцией (рис.1). Оба уровнемера имеют практически одинаковые электронные блоки, смонтированные в корпусе с видом взрывозащиты «взрыво-непроницаемая оболочка». При этом одно-антенный прибор предпочтителен для резервуаров с небольшим диаметром патрубка
(150 мм), а двухантенный лучше работает на слабоотражающих (для радиоволн) продуктах и продуктах, способных вызывать отложение на поверхности антенн. Таким образом, оба прибора удачно дополняют друг друга в отношении эксплуатационных качеств. Для защиты от возможного неблагоприятного воздействия атмосферы резервуара антенны уровнемеров изготавливаются из стойких к агрессивным воздействиям материалов -нержавеющей стали и фторопласта.
Немаловажным фактором для новых приборов является простота и доступность их монтажа и настройки на объектах для собственного персонала служб КИПиА предприятий. Сам монтаж приборов на резервуаре связан с обычными рекомендациями и выполняется при соблюдении требований по установке и подключению взрывобезо-пасного электрооборудования (рис.2). Каждый уровнемер снабжается программным обеспечением для осуществления пуско-на-ладочных работ, настройки прибора под параметры конкретного резервуара и выполнения одноточечных рабочих измерений.
Технические возможности уровнемеров позволяют подключать их к ряду внешних устройств, предназначенных для решения широкого круга производственных задач. Для расширения функциональных и пользовательских качеств приборов разработано
Рис.1 Уровнемеры БАРС 351И и БАРС 352И
Для защиты от возможного неблагоприятного воздействия атмосферы резервуара антенны уровнемеров изготавливаются из стойких к агрессивным воздействиям материалов
ЭКСПОЗИЦИЯ 11 (31) май 2007 г.
КИПиА 47
Рис.2 Монтаж двухантенного уровнемера на резервуаре РВС-1000
Рис.3 Монтаж уровнемера на резервуаре с обеспечением свободного распространения радиоволн в пределах диаграммы направленности антенны
специализированное вторичное оборудование - вторичный преобразователь УВП-01 и блок контроля и управления БУК-01 (для одноточечных и многоточечных измерений соответственно). Вторичное оборудование обеспечивает индикацию результатов измерений, позволяет создавать архивы данных и осуществлять учет объемов контролируемых продуктов по тарировочным таблицам резервуаров. Имеется и программное обеспечение для создания АСУ управления резервуарными парками систем на основе группы радиолокационных уровнемеров как первичных датчиков уровня.
Для подключения уровнемеров к персональному компьютеру, интегрирования в системы АСУТП или подключению к вторичным преобразователям служит цифровой выход (RS-485). Для подключения к традиционным аналоговым регистраторам (еще часто встречающимся на объектах) предусмотрен дополнительный выход сигнала 4...20 мА. Однако, необходимо учитывать, что точность измерений уровня при использовании аналогового выхода относительно невысока и составляет 0,17%.
С точки зрения измерительной задачи основным условием правильного монтажа уровнемеров является отсутствие посторонних предметов (элементы внутренней конструкции резервуара, мешалки, трубопроводы, лестницы, потоки продукта) в пределах диаграммы направленности антенн (рис.3). Подобные предметы оказывают мешающее действие на процесс измерений (появляются паразитные отраженные сигналы) и приводят к снижению точности.
За истекший год уровнемеры успешно
эксплуатировались на различных объектах в разных регионах России. Среди них - объекты компаний «Татнефть», «Башнефть», «Лукойл», «Самаранефтегаз», «Дагнефтегаз» и других. Приборы показали применимость к различным продуктам: нефть, мазут, дизто-пливо, бензин, битум, а также продуктам нефтехимии: лакокрасочным изделиям, спиртам и растворителям. Монтаж измерителей производился на резервуарах различных конструкций: на РГС с диаметром 3,5 м и на РВС с высотой до 12 м (принципиально возможно применение приборов и на более высоких резервуарах).
Использование в измерителях уровня современных принципов схемотехники и обработки сигналов позволило не только реализовать в них высокие метрологические показатели, но и на основе положительных результатов испытаний осуществить метрологическую сертификацию приборов с внесением их в Государственный реестр средств измерений.
Благодаря своим универсальным возможностям бесконтактные радиолокационные уровнемеры обеспечивают высокоточное измерение уровня в самых разнообразных условиях применения. Перспективы использования радиолокационного метода в современных задачах измерения уровня находят реальное подтверждение в постепенной замене подобными приборами традиционных контактных измерителей.
АТАЯНЦ Б.А. генеральный директор, к.т.н.
МИРОШИН С.В., начальник СКБ НАГОРНЫЙ Д.Я., начальник отдела ООО Предприятие «КОНТАКТ-1»
