儲罐是油田煉油廠

、油庫、石油碼頭及各大石化企業普遍需要使用的存儲設備，通過對儲罐內的液體介質（各種石油化工產品）的溫度、壓力、液位、密度等參數的測量
，可以計算出儲罐中液體的體積量及質量儲量，以實現現代化生產中對資產管理的需求。

儲(chu)罐(guan)對(dui)液(ye)位(wei)測(ce)量(liang)的(de)要(yao)求(qiu)不(bu)同(tong)，一(yi)般(ban)可(ke)分(fen)為(wei)過(guo)程(cheng)級(ji)及(ji)貿(mao)易(yi)級(ji)兩(liang)種(zhong)。貿(mao)易(yi)級(ji)液(ye)位(wei)計(ji)的(de)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)非(fei)常(chang)高(gao)，需(xu)要(yao)對(dui)罐(guan)內(nei)的(de)進(jin)行(xing)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)，一(yi)般(ban)要(yao)求(qiu)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)達(da)到(dao)±1mm；而過程級液位計的精度要求一般是在±5~15mm之間
，相對而言對液位計測量可靠性和穩定性要求更為嚴格
，測量目的一般是為了防止油罐冒頂、抽真空等事故的發生。

gezhongchuguandedaxiaohezhongleigebuxiangtong，suoceliangjiezhidetexinghegongyitiaojianyegebuxiangtong，yincizhiyoucongkehudeshijiqingkuangchufa，helidexuanzeyeweijijishejiyeweiceliangjiejuefangan，cainengshikehudetouzizuiyouhua。

   目前用於儲罐的液位測量技術非常多。根據測量方式，可以分為接觸式和非接觸式。

接觸式測量方法主要有人工檢測尺、浮子式鋼帶液位計、伺服式液位計
、靜壓式液位計、磁致伸縮液位計
、射頻導納液位計等。

非接觸式測量方法主要有超聲波液位計、雷達液位計等。

其中目前市場上常用的可以滿足貿易級液位計要求的測量方式有：磁致伸縮液位計
、伺服式液位計、雷達液位計
、靜壓式液位計等，靜壓式液位測量係統(HTG)因為過於過於複雜，維護量大等缺點，使用量越來越少。而雷達液位計作為一種高精度的液位測量方式，因其量程大、安裝方便、維護量低等優點，越來越多的得到客戶的認可和接受
；而且近幾年

，雷達液位計的價格也逐年降低，也使很多普通的用戶也開始采用起雷達液位計作為儲罐的液位測量方案。

 

    雷達液位計又稱微波液位計(Radar)，是取英文詞組“RAdio Detection And Ranging”的de詞ci頭tou字zi母mu而er來lai的de縮suo寫xie詞ci。微wei波bo物wu位wei計ji朝chao一yi個ge目mu標biao發fa射she電dian磁ci波bo，電dian磁ci波bo井jing發fa射she後hou返fan回hui發fa射she源yuan。安an裝zhuang在zai發fa射she源yuan處chu的de接jie收shou器qi捕bu獲huo到dao反fan射she波bo，並bing把ba它ta與yu發fa射she波bo作zuo比bi較jiao，確que定ding目mu標biao的de存cun在zai和he它ta到dao發fa射she源yuan的de距ju離li。

目前市場常見的微波物位計采用的工作原理主要有FMCW（連續調頻）和脈衝兩種。

FMCW雷達液位計采用線性的調製的高頻信號
，一般都是采用10GHz或24GHz微wei波bo信xin號hao。它ta是shi一yi種zhong基ji於yu複fu雜za數shu學xue公gong式shi的de間jian接jie測ce量liang方fang法fa，由you頻pin譜pu計ji算suan出chu物wu位wei距ju離li。天tian線xian發fa射she出chu被bei線xian性xing調tiao製zhi的de連lian續xu高gao頻pin微wei波bo信xin號hao並bing進jin行xing掃sao描miao，同tong時shi接jie收shou返fan回hui信xin號hao。發fa射she微wei波bo信xin號hao和he返fan回hui的de微wei波bo信xin號hao之zhi間jian的de頻pin率lv差cha與yu到dao介jie質zhi表biao麵mian的de距ju離li成cheng一yi定ding比bi例li關guan係xi。

脈衝雷達液位計，與超聲波技術相似
，使用時差原理計算到介質表麵的距離。 設備傳輸固定頻率的脈衝
，然後接收並建立回波圖形。信號的傳播時間 直接與到介質的距離成一定比例。但是與超聲波使用聲波不同，雷達使 用的是電磁波。它利用好幾萬個脈衝來 “掃描”容器並得到完整的回波圖。

雷達液位計的典型波段為 5.8 GHz、10GHz 、24 GHz。通常我們稱5.8GHz（或6.3GHz）的頻率為C波段微波；10GHz的頻率為X波段微波; 24GHz（或26GHz）的頻率為K波段微波。

youyuleidayeweijidezengyixishuheboshujiaodedaxiaoheweibodebochangyijileidayeweijidelabakouchicundaxiaoyouguanxi。yinci，yuelaiyueduodeleidayeweijizhizaoshangkaishiyanfacaiyonggaopinlvweibojishulaigaishanleidayeweijidexingneng。tongshi，caiyonggaopinjishuhou
，keyizaitigaoleidaxingnengdetongshi，dadasuoxiaotianxiandechicun，shianzhuanggengjiafangbian。

由於雷達液位計采用的微波是一種電磁波，在傳播的過程不需要傳輸媒介的傳遞，因此基本上不需要考慮揮發性氣體和蒸汽、溫度、壓力（真空）、甚至粉塵的影響。而且，由於是基於回波反射測距的原理(TOF)，對雷達液位計來說
，不存在磨損等問題

，因此基本不需要維護；頂部安裝的方式也使安裝更加方便；而且由於微波的特性，相對其它液位測量方式，它的精度一般都能達到0.1%(全量程)的精度。由於雷達液位計具有這不可比擬的優點，越來越多的儲罐用戶開始采用雷達液位計來替代其他技術。

 

西門子公司從1998年推出第一台智能化的雷達液位計IQ160開始，陸續推出了基於各種工作原理和采用不同頻率的雷達液位計，形成較齊全的產品線，能夠滿足各種不同過程工藝、介質的測量需求。

                                        

Sitrans LR係列雷達目前包括Probe LR, LR200,LR300和LR400四個係列產品。

Probe LR是一款性價比極高的一款雷達液位計。它是一個兩線製回路供電的， 5.8GHz頻率雷達液位計，用於測量儲罐和過程罐中液體和漿料的物位和體積。Probe LR 是揮發性化學品
、溫度梯度、真空或者常壓等工況的理想選擇，比如油庫
、化學儲罐、化學反應罐和長量程應用。它的量程為20 m，精度為全量稱的0.1%（如圖1） 。

LR200在兼具了Probe LR的所有優點的基礎上，還提供了各種不同規格的安裝方式(包括各種規格法蘭和螺紋)和不同的天線的選擇（包括喇叭口天線、杆式天線

、導波管天線等）
，極大程度地滿足不同過程工藝的需求。

Probe LR和LR200都采用了一體化全封裝的儀表外殼，使儀表具有較好的密封性
、抗打擊能力
、抗腐蝕能力。

SITRANS LR 400 是長量程的連續調頻(FMCW) 雷達物位儀表，可以用於最高達50米的儲罐的測量
，及時用於測量介電常數較低的介質(輕油、液化氣等)也能得到極好的測量效果。24GHz hegaoxinzaobidetexingnengdedaofeifandexinhaofanshe
，eryujiezhidejiedianchangshuwuguan。tahaijuyouxianjindehuibochulisuanfa，nengweieliedegutiyingyongtigongkekaodeceliang。tadeceliangjingduwei±5mm（如圖2）。

   根據儲罐介質的特性，這裏將各種儲罐測量分為輕油及原油
、重油、瀝青、液化氣、腐蝕性介質五種。

   典型的輕油介質為汽油、石腦油

、石油等。一般會產生一定的揮發性氣體，介電常數較低（<3）。

   低頻雷達(Probe LR/LR200+導波管。如果采用低頻(6GHz)的雷達液位計直接測量
，可能會因信號過於微弱而導致失波，一般會要求安裝導波管。比如：Sitrans LR200配導波管的配置可以滿足輕油的液位測量（如圖3）。導波管的製作要求為：金屬材質（最好是304或316不鏽鋼）；內壁光滑，無明顯焊縫（要求無縫焊或套焊）
；在合適的位置開排氣孔，一般在導波管的上部


，開空麵積根據介質特性（粘度）須適量
；如有必要在管底部設置偏置板，以防止由於微波信號穿透液麵產生來自底部的錯誤信號。這個解決方案一般用於儲罐高度小於5~10m的應用中。

高頻雷達(Sitrans LR400)。采用高頻率的雷達液位計，不需要任何輔助措施（高頻雷達由於其特性
，一般不建議用於導波管），jikeyishixianceliangqingyoudeyewei。duiyuyixiejiaogaodechuguan
，youyuzhizuodaoboguandechengbenheanzhuangchengbenjiaogao，erqiehenduojiaochangdedaoboguanzaihuanjingdebianhuaxia
，kenenghuidaozhiyidingdebianxingyingxiangleidayeweijideceliangxiaoguohejingdu，yinci，xuanzegaopindeSitrans LR400用於測量大量程的輕油儲罐的總體投資成本將會比低頻雷達解決方案更經濟適用。

                 

圖3：LR200用於測量汽油的測量 

 

典型的重油介質為柴油等
，其介電常數一般>3，有一定揮發性氣體。可以采用低頻的Probe LR或LR200直接測量（如圖4）。

 

 

瀝青（液態）的介電常數也比較低，一般在3左右（根據溫度）
；而且液態的瀝青一般需要用高溫來維持
，伴隨著高溫一般都會有一定的水蒸氣；瀝青的特性比較粘，很容易產生一定的掛料的現象。

高溫(>100ºC)的工況，一般都需要選擇PTFE材質的天線，而不能選擇PPS的天線（如：Probe LR）；為了防止掛料的影響，可以選擇喇叭口天線；danshuizhengqiyibanhuidaozhilengningshuidechansheng，jingshiyanbiaoming

，ganshitianxianduilengningshuideminganchengduyaoxiaoyulabakoutianxian，yinweiganshitianxiandeyouxiaofashediancibodemianjiyaoyuandayulabatianxian(發射電極隻有筆尖大小)；瀝青的介電常數較低，在天線所產生的少量掛料一般都可以被雷達液位計的電磁波穿透；由於瀝青介質的掛料比較粘稠，采用清洗裝置的作用並不是很明顯
，因此筆者並不建議采用清洗裝置用於測量瀝青。

因此
，對於儲罐內攪拌、掛料非常嚴重的瀝青應用，可以采用帶喇叭口的LR200，喇叭口大小應不小於DN150（6”）;而對於溫度較高，冷凝水現象比較明顯的工藝中

，可以采用全PTFE的杆式天線為佳：采用不鏽鋼屏蔽段的PTFE天線對口徑較小的安裝立管的屏蔽效果較好
，但是屏蔽長度如果選得太短了，無法延長
；采用全PTFE的天線的屏蔽段長度可以根據安裝立管的長度自由方便地延長，但是在小口徑(≤DN80)的安裝立管會對天線的工作產生影響。因此，最好在安裝雷達液位計安，應對安裝立管的口徑和長度提出要求。

                           

 

   液化氣包括液化天然氣(LNG)和液化石油氣(LPG)兩種。典型的液化氣介質有：丙烷、丁烷等。

   主要的特點是：介電常數一般都非常低（1.5~1.8）；高壓低溫儲存；防爆要求
；通常用球罐存儲
，球罐的高度一般在10~28m不等。

   目前的雷達液位計測量液化氣主要有兩種方式。

   一種是利用旁通管，使用低頻雷達(Sitrans LR200)測量。由於這種方式對旁通管製作的要求非常高，很容易因為旁通管質量不理想，而導致使用效果不佳
；甚至在一些量程較大的球罐應用中
，由於旁通管過長，很容易發生扭曲的現象，使雷達液位計無法測量。使用LR200安裝在旁通管或導波管上測量液化氣的解決方案，由於種種原因，鮮有成功的案例。

   另一種采用高頻雷達對低介電常數介質的良好發射特性，直接測量液化氣液麵。Sitrans LR400能夠直接測量介電常數低至1.5的介質

，可以滿足液化氣的測量。安裝位置可以選在球罐的頂上，在球罐頂部直接開孔，為了保證維護的方便，一般需要在LR400安裝在帶球閥的安裝立管(建議DN>150為佳)上，方便隨時拆下來維護；或者安裝在較粗的旁通管(直徑6~10”以上)上。

    Sitrans LR400在國內的獨山子石化煉油廠應用，並取得了良好的使用效果。根據現場的使用測試，發現LR400的測量精度和重複性均能達到非常好的效果。

               

                          圖6：LR400在LPG球罐上的使用

典型的腐蝕性介質包括：硫酸、硝酸、燒堿
、鹽酸等。

大部分腐蝕性介質的介電常數都較高
；伴有不同程度的揮發性氣體（煙霧）；不同濃度的腐蝕性介質對不同的雷達天線材料有不同的腐蝕性要求；很(hen)多(duo)腐(fu)蝕(shi)性(xing)介(jie)質(zhi)的(de)揮(hui)發(fa)性(xing)氣(qi)體(ti)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)滲(shen)透(tou)能(neng)力(li)
，再(zai)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)的(de)使(shi)用(yong)後(hou)，可(ke)能(neng)會(hui)滲(shen)透(tou)到(dao)儀(yi)表(biao)電(dian)子(zi)部(bu)分(fen)或(huo)天(tian)線(xian)的(de)電(dian)機(ji)發(fa)射(she)部(bu)分(fen)而(er)損(sun)壞(huai)雷(lei)達(da)液(ye)位(wei)計(ji)。

采用何種雷達天線來測量腐蝕性介質
，一般需要事先查化學兼容表來確認。

   1）:不適用於溫度較高的硫酸；2）：能承受鹽酸幹氣體；3）：超聲波不適合用於測量硝酸
，硝酸的揮發性氣體對超聲波有強烈的吸收作用；4）：液氨氣體具有極強的滲透作用，需要選擇一體化墊片的氣密型設計。

P：可以使用；r：使用效果一般；O：不可使用；NA：未知

考(kao)慮(lv)到(dao)很(hen)多(duo)腐(fu)蝕(shi)性(xing)介(jie)質(zhi)的(de)揮(hui)發(fa)性(xing)氣(qi)體(ti)也(ye)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)腐(fu)蝕(shi)性(xing)和(he)滲(shen)透(tou)性(xing)，因(yin)此(ci)一(yi)般(ban)會(hui)選(xuan)擇(ze)一(yi)體(ti)化(hua)法(fa)蘭(lan)墊(dian)片(pian)的(de)選(xuan)項(xiang)來(lai)防(fang)止(zhi)揮(hui)發(fa)性(xing)氣(qi)體(ti)對(dui)法(fa)蘭(lan)的(de)腐(fu)蝕(shi)和(he)通(tong)過(guo)法(fa)蘭(lan)連(lian)接(jie)處(chu)進(jin)行(xing)滲(shen)透(tou)。

另外，很多酸堿儲罐會產生很多水蒸氣和泡沫。這需要根據實際情況來進行適當的選擇：水蒸氣產生冷凝水嚴重的應用，可以考慮采用杆式天線
；泡沫的厚薄和成分不同，對微波是否能穿透泡沫進行準確地液位測量起至關重要的作用，需要具體的分析和更多的經驗的積累。

 

通(tong)過(guo)近(jin)幾(ji)年(nian)對(dui)雷(lei)達(da)液(ye)位(wei)計(ji)在(zai)石(shi)油(you)化(hua)工(gong)領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)研(yan)究(jiu)，以(yi)及(ji)西(xi)門(men)子(zi)不(bu)斷(duan)進(jin)行(xing)新(xin)產(chan)品(pin)新(xin)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)發(fa)
，西(xi)門(men)子(zi)雷(lei)達(da)液(ye)位(wei)計(ji)在(zai)各(ge)種(zhong)儲(chu)罐(guan)的(de)應(ying)用(yong)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)成(cheng)熟(shu)

，成(cheng)功(gong)的(de)案(an)例(li)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)。筆(bi)者(zhe)相(xiang)信(xin)隨(sui)著(zhe)雷(lei)達(da)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)成(cheng)熟(shu)，雷(lei)達(da)液(ye)位(wei)計(ji)會(hui)逐(zhu)步(bu)成(cheng)為(wei)儲(chu)罐(guan)液(ye)位(wei)測(ce)量(liang)的(de)主(zhu)流(liu)。

 

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