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        導波雷達液位計

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        雷達液位計在惠州石化儲罐液位測量的故障案例分析和總結

        作者: 來源: 發布時間:2022-02-24 16:16:31

         摘 要 :雷達液位計以其成熟優越的技術性能已在化工油品儲罐得到廣泛應用,完全非接觸式測量無可動部件,無需維護可靠性高,使用壽命長。油品儲運部門多是常壓浮頂罐,艾默生專用儲罐測量的 PRO 系列導波管雷達液位計采用穩定高精度的FMCW 測量原理,為生產提供了可靠的保障。

         
        1 雷達液位計的系統結構及功能介紹
        儲運部門儲罐主要儲存轉輸成品油、原油和污油,多是常壓浮頂儲罐,采用導波雷達液位計進行液位測量,液位測量系統由 RTG 液位計、FCU 通訊單元、RTL/2現場總線、罐旁表 RDU 等組成,FCU 與 DCS 利用 Modbus 協議進行通訊。雷達測量精度可達 ±5mm,其獨特低損耗模式(LOW LOSS MODE)并配置專用陣列式天線(見圖1),采用調頻連續波(FMCW)測量原理(見圖2),可將雷達波聚集在導波管中心,回波信號強液位數據穩定。以下是儲運罐區在用艾默生 PRO系列雷達液位計的系統組成及功能介紹。
        導波管專用陣列天線和 調頻連續波(FMCW)測量原理
        1.1 導波管專用陣列天線
        它是由若干個小天線組成的天線陣,其發射雷達波的能
        量集中在導波管的中心,與管壁接觸能量很小,因此其受不
        平整的管壁影響和對測量介質掛壁的影響都較小。
         
        1.2 PRO系列雷達頭
        同一個雷達頭可與不同天線類型靈活互換,降低備件成本。雷達表頭主要由以下幾個部件組成。
        ①變壓器整流卡件TRC :交直流轉換作用 ;
        ②現場通訊卡件 FCC :負責處理與外部裝置的通訊,不同的現場通訊卡對應不同的協議(Hart、FF、Modbus 等);
        ③信號處理卡件 SPC :保存檢測器數據 ;
        ④模擬處理卡件 APC :主要用于模擬輸入信號濾波和多路復用傳輸 ;
        ⑤變送器接口卡件 TIC :本質安全輔助輸入需要使用此卡件 ;
        ⑥溫度多回路復用卡件 TMC :連接溫度傳感器 ;
        ⑦主板 MB :用于連接各功能卡件。
         
        1.3 雷達現場控制單元FCU
        FCU 單元包含電源模塊、FCM 通訊卡、FCI 通訊卡、底板。FCM 通訊板通過 TRL/2現場總線與 RTG 雷達液位計進行連接通訊 ;FCI 通訊板與 DCS 控制器通過 MODBUS 協議進行通訊。FCU 通常采用冗余配置增強通訊的安全性,非活動現場通訊單元經常檢查連接的活動現場通訊單元是否處于活動狀態。如果活動現場通訊單元出現故障,它將發送信號給備用現場通訊單元以接替它行使通訊功能,然后備用現場通訊單元立即切換到活動狀態。
         
        2 故障分析處理及案例
        2.1 液位測量失靈的檢查處理方法
        (1)檢查供電是否正常。
        (2)檢查通訊是否正常。通過安裝了雷達調試軟件的手提電腦、FBM(雙向調制 / 解調器)接入 FCU 2160(現場通訊單元),可以在操作界面上讀取雷達的所有數據,發射波、反射波強度,雷達的組態數據。如果讀不到,則通訊有問題,還可以拿著這些設備到雷達頭處接入信號線,以判斷故障所在,這樣處理可以排除信號線的故障。
        (3)如果罐底部有管道、支架,會對雷達波形成漫反射,所以在無液位或液位較低時,顯示不正常時,待工藝液位正
        常后,重啟一下會有顯示。在工藝進油時,如果產生了蒸汽,也會形成漫反射而使液位失靈,溫度正常后會自動恢復。
        (4)對輕污油罐優先考慮天線結晶、沾污可能。斷電后抬起雷達傾斜放下,注意輕拿輕放,不使天線受損 ;用抹布擦去結晶或油污,不要讓天線彎曲,切忌鐵器刮擦,以免破壞天線表皮。
        (5)如仍不能恢復正常,可以用好的雷達板卡甚至是底板、天線與之調換。調換前要做好記號并且要斷電,上電并進行必要的組態后,即可進行測試,以判定哪一塊板卡出了問題。
        (6)查看診斷信息。若出現故障,可通過檢查其故障代碼,進行診斷和處理。如果仍不能解決問題,則要聯系或咨詢生產廠家專業維修人員作進一步檢查。
         
        2.2 案例分析
        我部門儲罐雷達液位計在長期運行中故障率相對較低,但近期故障率也出現上漲的趨勢,以下是近期遇到的幾個典型案例,分別進行分析和總結。
         
        2.2.1 案例一
        故障現象 :污油罐區的雷達液位計 FCU 通訊單元無法進行冗余切換。
        故障分析步驟 :
        (1)檢查備用 FCU 供電情況。檢查主板指示燈亮,測量供電電壓220V 供電正常。
        (2)檢查并聯冗余跨接線。檢查跨接線連接,檢查接線正常,無接線端子錯誤,絕緣和導電性能正常,排除接線問題導致冗余通訊故障。
        (3)更換 FIC 分組總線通訊板。更換備用 FCI 后仍無法
        進行切換。
        (4)現場通訊單元 FCU 組態檢查。微機連接 FCU 通訊正常后進行組態檢查,發現在用 FCU 的通訊地址與備用 FCU 通訊地址不同,造成備用 FCU 無法檢測到再用 FCU 故障并自動進行。
         
        總結 :此類問題應首先從備用 FCU 供電、運行情況排查,其次檢查通訊卡件和接線是否正常,zui后查看組態參數。在組態上注意 FCU 的 UI 號是獨立的,組態地址應保持一致。FCU 通訊單元需要定期冗余測試,防止冗余功能故障導致液位監控失效。
         
        2.2.2 案例二
        故障現象 :輕污油儲罐雷達液位計回波信號弱,無法進行液位測量,儲罐付料期間液位低于5m,DCS 顯示液位值保持7米不變。
        故障分析步驟 :
        (1)檢查通訊。使用調試軟件檢查讀取回波強度和雷達的組態數據,顯示通訊正常。
        (2)波形圖檢查。根據波形圖,可看出波形雜亂干擾多,回波信號弱低于200mV,易出現液位信號跳段,回波峰值保持在7m,與實際液位不符。
        (3)工藝介質排查。根據生產工藝收清污油的成分分析,污油介質多樣復雜,有在介質表面產生不平整氣泡和漂浮污
        油的可能,有對雷達波產生干擾弱化回波信號,再者收料介質以粗汽油為主屬輕烴組分易揮發凝結與雷達天線造成信號減弱不穩定,但由于工藝風險太大暫未進行開蓋判斷。
        (4)電子單元更換??紤]電子單元故障影響發射雷達波信號減弱或者無法進行正?;夭ㄌ幚硗ㄓ?,更換新的電子單元后讀取回波依舊沒有恢復正常。
        (5)檢查雷達頭和天線連接的鋁制導波套管。該套管的作用是保持雷達波穩定傳導進入天線,檢查發現鋁制套管缺失,進行添加后檢測回波沒有大的變化。
        (6)天線檢查。將法蘭拆開取下天線后發現陣列式天線表面產生裂紋,更換新天線后讀取回波顯示正常,回波幅值在1 000mV 以上,液位測量值準確。
        總結 :輕污油儲罐內介質混合復雜,天線所處工藝環境腐蝕性強,長期使用造成天線表皮腐蝕開裂,對在用雷達建立定期信號強度分析記錄,信號跳變頻繁的雷達提前檢查天線使用情況,更換電子單元。
         
        3 建立設備維護檔案
        雷達液位計作為儲運行業進行介質監控的關鍵設備,使用量大,是生產穩定運行的重要保障,長期管理和維護雷達液位計需要有針對的建立相關設備檔案,掌控設備使用情況,了解設備薄弱環節,做到提前預防,降低故障發生概率,維持設備及生產的穩定。
        1)建立日常維護記錄檔案。主要記錄設備使用位置、故障發生時間、故障現象、故障原因分析及處理、故障更換備件,通過歸納可做如下分析建議 :
        (1)記錄分析液位計易損配件更換頻率,建立相關備件的預留比例。
        (2)記錄分析日常故障處理內容重點,建立日常維護工作方向。
        (3)記錄分析隨時間增長設備故障發生的概率變化,提前預防性檢查維護。
        2)建立設備的運行檔案。主要記錄設備使用位置、記錄時間、設備波形圖、設備有效波。該記錄相當于設備的健康體檢,可做如下分析建議 :
        (1)定期檢測反饋波型圖,記錄反饋波幅值,反饋波旁是否有干擾波,分析雷達液位計運行情況。
        (2)隨時間增長雷達液位計的波形變化趨勢,針對波形變化大,信號衰減嚴重和干擾波多的要針對性檢查。
        3)雷達通訊單元(FCU)進行測試記錄。記錄設備位號、設備運行情況、冗余測試情況,分析設備運行情況。

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