Система Saab Tank Radar TRL

Для грамотного выбора уровнемера необходимо учитывать следующие факторы:

- переменная, которая подлежит рассмотрению (уровень, масса, плотность, граница раздела сред);

- условия  внутри резервуара;

- характеристики  измеряемого продукта;

- требования, предъявляемые к прибору, параметрам  выходных сигналов, мощности источника  электропитания и т.д;

-требования  по безопасности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При выборе средства измерения учитывались: вид контролируемой среды; свойства контролируемого продукта; диапазон измерений; погрешность измерения; срок службы; необходимость дистанционной передачи показаний; вид резервуара; условия применения (наличие паров, пены, турбулентности); условие монтажа прибора; срок службы; тип, марка и стоимость уровнемера.

Основные технические характеристики уровнемеров, наиболее популярных моделей известных фирм, различного принципа действия представлены в таблице 2.1 [8].

Сравнивая методы измерения уровня, можно сделать вывод, что уровнемеры, ЧЭ которых не взаимодействует с измеряемой средой,  наиболее точны и обладают меньшими погрешностями.

Поплавковые и магнитострикционные уровнемеры чувствительны к эффекту налипания вязких жидкостей на поплавок.

  На показания буйковых уровнемеров  влияет температура и плотность измеряемой среды, а на показания емкостных датчиков - диэлектрические постоянные жидкости и газа, находящегося над жидкостью, которые зависят как от температуры, так и от состава вещества. На точность измерений влияют также отложения парафина и других веществ на поверхности электродов датчика.

Радиоволновые уровнемеры с зондом из сдвоенных стержней чувствительны к налипанию контролируемых веществ между стержнями, следствием которого может быть появление в процессе измерения паразитных эхо-сигналов.

Конструкции с коаксиальной трубой также чувствительны к эффекту налипания даже в большей степени, только критичной зоной для них является пространство внутри коаксиальной трубы.

Проблемы, связанные с налипанием, в меньшей степени проявляются в случае применения конструкции с одним стержнем. Однако силовые линии электрического поля одинарного волновода не являются замкнутыми, из-за чего на поле могут оказывать ощутимое влияние внутренние элементы конструкции резервуара.

Гидростатические уровнемеры дешевы и просты по конструкции, но имеют ограниченное   применение   из-за   относительно  низкой   точности,  сложности

монтажа. Постоянный контакт с измеряемым объектом также накладывает свои ограничения.

Ультразвуковые (акустические) уровнемеры самые дешевые из всех бесконтактных датчиков уровня, могут применяться для измерения уровня взрывоопасных, агрессивных, вязких сред, а так же сыпучих материалов. Но большую погрешность накладывает зависимость скорости распространения ультразвука от состава газовых сред и температуры, необходимо вводить поправку. Термокомпенсация  производится за счет установки термодатчика.

По результатам анализа выбран радарный уровнемер RTG 3950 REX фирмы Saab Tank Radar (для установки в направляющей трубе в резервуарах с понтоном). Он имеет самый: широкий диапазон рабочей температуры, наибольший предел измерения. При этом погрешность измерения самая низкая, что необходимо для коммерческого учета нефти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Система Saab TankRadar TRL/2

 

3.1  Описание и характеристики уровнемера RTG 3950

 

Уровнемер RTG 3950 (рисунок 3.1) используется для измерения уровня продукта в резервуарах с плавающей крышей или понтоном. Измерение производится в  направляющей трубе понтона.

                                   а)                                                            б)

Рисунок 3.1 – Уровнемер RTG 3950: а – конструкция; б – внешний вид

 

Уровнемер RTG 3950 устанавливается на трубы диаметром 127;  152,4;  203,2;  254 и 304,8 мм. Для монтажа уровнемера нет необходимости выводить резервуар из эксплуатации.

Уровнемер имеет антенну малых размеров (типа «обратный конус»), которая обеспечивает круговую поляризацию электромагнитного излучения в направляющей трубе (рисунок 3.2).

При этом максимальная мощность излучения сосредоточена на середине радиуса трубы, благодаря чему измерение уровня продукта в направляющей трубе может производиться даже при наличии отложений продукта на ее внутренней поверхности (до 2-х мм для 20,32 мм трубы).

Рисунок 3.2 -  Круговая поляризация электромагнитного излучения

 

Уровнемер может принимать и обрабатывать сигналы от аналоговых и цифровых датчиков давления и датчиков уровня подтоварной воды.

Технические характеристики уровнемера RTG 3950 REX представлены в                таблице 3.1

Таблица 3.1 - Технические характеристики уровнемера RTG 3950 REX

Параметры	Значения
Рабочая температура в резервуаре, °С	До +230
Диапазон измерений,м	0,8…40
Давление в резервуаре, МПа	0,02…0,2
Материал внутри резервуара	сталь, тефлон, силикон
Диаметр антенны, мм	440
Диаметр направляющей трубы, мм	127;  152,4;  203,2;  254 и 304,8

 

Уровнемер выполняет высокоточные измерения уровня в направляющей трубе резервуара с понтоном. Труба используется в качестве волновода для радарного луча. Благодаря запатентованному режиму распространения радарной волны, исключается влияние загрязнений стенок направляющей трубы на точность измерений [9].

В состав радарного уровнемера входит основной блок и антенна. Основной блок состоит из корпуса, электронного блока, интегрированной клеммной коробки и погодозащитного колпака.

Взрывозащитный корпус уровнемера предназначен для защиты электронного блока от воздействий окружающей среды, а также среды взрывоопасной зоны, в которой устанавливается уровнемер, от возможного взрыва.

Корпус уровнемера состоит из двух частей, в нижней из которых имеется три уплотненные отверстия для кабельных вводов и прохождения микроволнового излучения. Между двумя частями корпуса уровнемера существует резиновая прокладка, которая предназначена для постепенного выравнивания давления внутри и вне корпуса уровнемера.

Погодозащитный колпак предназначен для предохранения основного блока уровнемера от погодных воздействий: от дождя или чрезмерного нагревания солнцем, т.е. для отражения прямых солнечных лучей.                                                                                                                                                                                               

Электронный  блок уровнемера состоит из электронных плат, устанавливаемых на  материнской плате,  и микроволнового блока.  Все электронные компоненты устанавливаются  на заменяемом модуле, который находится внутри взрывозащищенного корпуса.

Вычисление    всех    измеряемых    параметров    продукта    осуществляются    электронным    блоком уровнемера, поэтому линии связи не влияют на точность измерений. Высокая точность измерений достигается  путем  использования  цифрового эталонного  генератора и  поддержания  внутренней температуры.

Для подключения внешних устройств радарный уровнемер может дополнительно оборудоваться дополнительной интегрированной клеммной коробкой. Интегрированная соединительная коробка разработана для увеличения безопасности. Интегрированная соединительная коробка монтируется непосредственно на уровнемере.

Радарный уровнемер не имеет движущихся частей и контакта с жидкостью. Для обеспечения точности измерений радарный уровнемер снабжен цифровым эталоном и термостабилизацией электронного блока. Когда измерения выполняются в особо трудных условиях, программное обеспечение уровнемера использует цифровую фильтрацию сигнала и быстрого преобразования Фурье – вычисления по всей высоте резервуара, чтобы исключить паразитные отражения и обеспечить точность измерений [9].

 

3.2 Состав системы Saab TankRadar TRL/2

 

Система коммерческого учёта нефтепродуктов Saab TankRadar TRL/2 представляет собой систему контроля и измерения уровня, объёма и массы нефти в резервуарах.

Система TRL/2 может взаимодействовать с различными датчиками, такими как датчики температуры и давления, осуществляя полный контроль над параметрами содержимого резервуара.

Уровнемеры системы TRL/2 способны измерять уровень любых продуктов, включая битум, сырую нефть, продукты переработки, агрессивные химические продукты, сжиженные газы, гранулированные вещества и т.д.

Основными компонентами системы TRL/2 являются (рисунок 3.3):

- радарный  уровнемер (RTG) - автономное взрывозащищенное устройство, измеряющее уровень нефти в резервуаре. Он может комплектоваться четырьмя типами антенн в зависимости от требований и условий применения;

- модуль  сбора данных (DAU) может взаимодействовать с различными датчиками и исполнительными механизмами. Существует две модификации DAU: подчиненный и независимый. Подчиненный DAU предназначен для измерения температуры, в то время как независимый DAU в дополнение к измерениям температуры имеет аналоговые и цифровые входы. Обе модификации могут дополнительно снабжаться жидкокристаллическим дисплеем для местного снятия показаний измерения;

- модуль  полевого соединения (FCU) используется в качестве концентратора данных и шлюза между полевой шиной и групповой шинами. К каждому FCU могут подключаться до 32 RTG и 32 DAU;

Рисунок 3.3 - Основные компоненты системы TRL/2

- модем  полевой шины (FBM) является конвертером данных между компьютерным портом типа RS-232C и шиной TRL/2. Он используется для подключения персонального компьютера с программным обеспечением Saab TankMaster к шине TRL/2;

- операторский  интерфейс представляет собой  программное обеспечение для  представления оператору данных измерений и вычислений TRL/2.

Операторский интерфейс также используется для установок срабатывания аварийной сигнализации, эксплуатационных характеристик, конфигурации и калибровки системы TRL/2;

- программное  обеспечение обычно используется на сервисном переносном персональном компьютере. Программное обеспечение используется для обслуживания и конфигурации радарного уровнемера.

Все измеренные данные передаются по полевой шине для дальнейшей обработки в рабочей станции или на главном компьютере предприятия. Из-за высокой производительности процессора уровнемера эти вычисления могут производиться непосредственно в электронном блоке уровнемера.

Все измеренные данные представляются оператору с помощью операторского интерфейса, который содержит функции учёта уровня нефти в резервуаре. Для дальнейшей обработки полученных данных может подключаться основной компьютер предприятия [9].

 

3.3 Функционирование измерительной системы TRL/2

 

Принцип измерений уровнемера системы TRL/2 заключается в непрерывном излучении частотно-модулированного электромагнитного сигнала по направлению к поверхности продукта. Диапазон излучения    уровнемера – 10 ГГц, мощность излучения – 6 мВт.

Отраженный от поверхности продукта сигнал возвращается обратно к уровнемеру, который определяет разницу его частоты и частоты сигнала, излучаемого в тот же момент времени (рисунок 3.4). Разность частот этих сигналов пропорциональна расстоянию до поверхности продукта. Этот метод является классическим частотным методом определения дальности является и называется методом частотно – модулированной непрерывной волны.

Рисунок 3.4 - Метод частотно-модулированной непрерывной волны

 

После выделения разностной частоты уровнемер с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье определяет расстояние до поверхности продукта и с использованием значения базовой высоты резервуара вычисляет значение уровня продукта.

При наличии в резервуаре отражений сигнала от внутренних элементов конструкций (кронштейны, нагреватели) уровнемер с использованием алгоритма фильтрации паразитных отражений выделяет сигнал, который отразился от поверхности продукта.

Уровнемер в процессе измерений может учитывать изменение базовой высоты резервуара обусловленные тепловым расширением стенок резервуара, а также «проседанием» резервуара при увеличении уровня продукта.

Для достижения высокой точности измерений используются следующие технические решения:

- температурная  стабилизация – уровнемеры предназначены  для использования в различных  климатических зонах, поэтому внутри  корпуса уровнемера поддерживается постоянная температура. Это является одним из факторов определяющих высокую надежность уровнемеров – среднее время наработки на отказ составляет 65 лет.

- цифровой кварцевый  генератор – точность измерения  уровня определяется, в первую очередь, линейностью изменения частоты сигнала (см. рисунок 3.4). Это достигается использованием в составе уровнемеров цифрового кварцевого генератора с самой высокой на сегодняшний день стабильностью частоты.

- исключение  влияния конденсата – антенны уровнемера не имеют в своей конструкции горизонтальных поверхностей. Именно это, а также использование в конструкции антенны материалов типа Teflon (см.таблицу 3.1) исключает образование конденсата на ее поверхности что, в свою очередь, обеспечивает нормальное прохождение сигнала и необходимое соотношение сигнал/шум на входе антенны.