浅谈西门子雷达液位计在石油化工领域的应用与安全生产防护措施
一、前言
储罐是油田炼油厂、油库、石油码头及各大石化企业普遍需要使用的存储设备，通过对储罐内的液体介质(各种石油化工产品)的温度、压力、液位、密度等参数的测量，可以计算出储罐中液体的体积量及质量储量，以实现现代化生产中对资产管理的需求。
储罐对液位测量的要求不同，一般可分为过程级及贸易级两种。贸易级液位计的精度要求非常高，需要对罐内的进行精确测量，一般要求测量精度达到±1mm；而过程级液位计的精度要求一般是在±5～15mm之间，相对而言对液位计测量可靠性和稳定性要求更为严格，测量目的一般是为了防止油罐冒顶、抽真空等事故的发生。
各种储罐的大小和种类各不相同，所测量介质的特性和工艺条件也各不相同，因此只有从客户的实际情况出发，合理的选择液位计及设计液位测量解决方案，才能使客户的投资最优化。
二、储罐液位测量技术
目前用于储罐的液位测量技术非常多。根据测量方式，可以分为接触式和非接触式。接触式测量方法主要有人工检测尺、浮子式钢带液位计、伺服式液位计、静压式液位计、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计等。
非接触式测量方法主要有超声波液位计、雷达液位计等。其中目前市场上常用的可以满足贸易级液位计要求的测量方式有：磁致伸缩液位计、伺服式液位计、雷达液位计、静压式液位计等，静压式液位测量系统(htg)因为过于过于复杂，维护量大等缺点，使用量越来越少。而雷达液位计作为一种高精度的液位测量方式，因其量程大、安装方便、维护量低等优点，越来越多的得到客户的认可和接受；而且近几年，雷达液位计的价格也逐年降低，也使很多普通的用户也开始采用起雷达液位计作为储罐的液位测量方案。
三、雷达液位测量原理及特点
雷达液位计又称微波液位计(radar)，是取英文词组“radiodetectionandranging”的词头字母而来的缩写词。微波物位计朝一个目标发射电磁波，电磁波井发射后返回发射源。安装在发射源处的接收器捕获到反射波，并把它与发射波作比较，确定目标的存在和它到发射源的距离。
目前市场常见的微波物位计采用的工作原理主要有fmcw(连续调频)和脉冲两种。fmcw雷达液位计采用线性的调制的高频信号，一般都是采用10ghz或24ghz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。脉冲雷达液位计，与超声波技术相似，使用时差原理计算到介质表面的距离。设备传输固定频率的脉冲，然后接收并建立回波图形。信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同，雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。
雷达液位计的典型波段为5.8ghz、10ghz、24ghz。通常我们称5.8ghz(或6.3ghz)的频率为c波段微波；10ghz的频率为x波段微波;24ghz(或26ghz)的频率为k波段微波。由于雷达液位计的增益系数和波束角的大小和微波的波长以及雷达液位计的喇叭口尺寸大小有关系。因此，越来越多的雷达液位计制造商开始研发采用高频率微波技术来改善雷达液位计的性能。同时，采用高频技术后，可以在提高雷达性能的同时，大大缩小天线的尺寸，使安装更加方便。
由于雷达液位计采用的微波是一种电磁波，在传播的过程不需要传输媒介的传递，因此基本上不需要考虑挥发性气体和蒸汽、温度、压力(真空)、甚至粉尘的影响。而且，由于是基于回波反射测距的原理(tof)，对雷达液位计来说，不存在磨损等问题，因此基本不需要维护；顶部安装的方式也使安装更加方便；而且由于微波的特性，相对其它液位测量方式，它的精度一般都能达到0.1%(全量程)的精度。由于雷达液位计具有这不可比拟的优点，越来越多的储罐用户开始采用雷达液位计来替代其他技术。
四、解决方案
西门子公司从1998年推出第一台智能化的雷达液位计iq160开始，陆续推出了基于各种工作原理和采用不同频率的雷达液位计，形成较齐全的产品线，能够满足各种不同过程工艺、介质的测量需求。
sitranslr系列雷达目前包括probelr，lr200，lr250，lr260和lr460四个系列产品。同时德国西门子与中环天仪股份有限公司在中国战略合作，授权中环天仪股份有限公司在中国区组装西门子雷达，采用西门子核心部件组装西门子lr200，lr250，lr260和lr460四个系列四款雷达。
probelr是一款性价比极高的一款雷达液位计。它是一个两线制回路供电的，5.8ghz频率雷达液位计，用于测量储罐和过程罐中液体和浆料的物位和体积。probelr是挥发性化学品、温度梯度、真空或者常压等工况的理想选择，比如油库、化学储罐、化学反应罐和长量程应用。它的量程为20m，精度为全量称的0.1%(如图1)。
lr200在兼具了probelr的所有优点的基础上，还提供了各种不同规格的安装方式(包括各种规格法兰和螺纹)和不同的天线的选择(包括喇叭口天线、杆式天线、导波管天线等)，极大程度地满足不同过程工艺的需求。
probelr和lr200都采用了一体化全封装的仪表外壳，使仪表具有较好的密封性、抗打击能力、抗腐蚀能力。
采编员：  卢晨瑾
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产品品牌     产品名称                   产品型号                     库存   单位
德国西门子    微波雷达物位计              7ml5426-0bf00-0aa0            1      个
产品参数与应用说明
测量范围：0.35 ~ 100 m
主要应用：大量程粉尘应用，水泥粉尘，飞灰仓，煤粉，粉末，谷物，塑料粉末、氧化铝粉末仓
sitrans lr 460 是 4 线制 24 ghzfmcw 雷达变送器具有极高的信噪比以及针对测量固体料位达100 m
量程的先进的信号处理方法。是粉尘工况严重的理想解决方案。红外手操器单独订货！
产品特点
  快速简便的调试，更先进的“现场智能”过程信号处理技术
  采用高频的双核处理器技术，使回波信号处理更快速，更可靠
  极高的信噪比
  自导式的快速启动方式
  24 ghz 提供了优良的固体表面反射性能
  100 米量程适用于大量程和苛刻工况
  瞄准器提高了倾斜的固体表面的信号质量
  使用红外本安手持编程器或者通过 simatic pdm 或者hart 手操器
产品应用
sitrans lr 460在有高浓度粉尘和介电常数极低的场合下均能提供可靠测量。通过sitrans lr 460
集成的瞄准器，可实现最佳固体定位和测量。
sitrans lr 460 先进的过程信号处理可以适用于简单以及复杂的固体测量应用。
sitrans lr 460的特点为坚固型外壳、法兰与喇叭元件。它不受容器中的大气或温度条件的影响。
对于粘湿的固体介质可选防尘罩；另外有吹扫装置应用于极度的粘性固体。使用本安型红外手操器，现场编程安全简
便。
simatic pdm 能用于简单的远地编程。通过hart 或profibus pa。
24ghz 的发射频率和高信/噪比使其即使在测量低介电常数时，仍有很好的反射信号。
主要应用：大量程粉尘应用，水泥粉尘，飞灰仓，煤粉，粉末，谷物，塑料粉末、氧化铝粉末仓
技术规格
操作模式
测量原理物位测量
频率24.2 ~ 25.2 ghz fmcw
测量范围0.35 ~ 100 m
输出
模拟输出 (hart)
  信号范围光隔离， 4 ~ 20 ma
  负载 最大 600 ω
  故障安全 ma 信号可编程为高、低或保持
通讯hart， 可选 profibuspa
数字输出继电器、“常开”或“常闭”功能，最大 dc 50 v，最大200 ma， 额定值为 5 w
profibus pa 协议第 1 和第 2 层，a 级，设置文件
性能
非线性25 mm 或 0.25% 量程
重复性 ≤ 10 mm
额定工作条件
外壳环境温度：-40 ~ 65 °c
地点： 室内/ 室外
安装等级：ii
污染等级：4
介质条件
介电常数εr > 1.4
过程温度范围-40 ~ 200 °c
容器压力0.5 bar 最大
设计
重量：大约 6.1 kg，带 3普通法兰
材料
  外壳：铸铝，涂漆
  防护等级：ip67/type 4x/nema4x，type 6/nema 6
  电缆入口2 x m20 x1.5 或½过程连接
  通用法兰，304l 不锈钢，平面，0.5bar 最大压力带瞄准器4 (100 mm)(与法兰en1092-1，asme
b16.5，或jis b2238螺栓形式匹配)
过程连接
普通平面，最大 0.5 bar 带瞄准器4 (100 mm)4 喇叭天线适合内径100 mm (4)
以上的安装立管，无天线吹扫系统
编程
本安西门子红外手操器(单独订货)：红外手操器
  用于手持编程器的认证：is model with atex ii 1geex ia iic t4, csa/fm class i, div. 1,groups a,
 b, c, d t6 at max. ambient temperature of 40°c
手持通讯器hart 375
pc simatic pdm
本地显示读出和输入用的字母数字式液晶显示器
电源：100 ~ 230 v ac， 2 xm20x1.5
标准和认证
general purpose, csaus/c, fm, industry canada, fcc,ce, r&tte;, c-tick
可选设备
防尘罩：ptfe
吹扫自清洗系统：1/8\'\' npt
库存产品清单：
德国西门子超声波液位传感器  7ml1118-0ba30
德国西门子一体式超声波物位计 7ml1201-1ee00
德国西门子一体式超声波液位计 7ml1201-1ef00
德国西门子一体式超声波物位计 7ml1201-1ek00
德国西门子固定盒安装支架 7ml1830-1bk
德国西门子水位计手持编程器  7ml1830-2an
德国西门子超声波变送器  7ml5033-1ba00-1a
德国西门子超声波变送器  7ml5033-1ba00-3a
德国西门子一体式超声波液位计 7ml5221-1ba11
德国西门子一体式超声波液位计 7ml5221-1da11

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福州瑞翔自动化技术有限公司卢晨瑾
卢晨瑾
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