淺談西門子超聲波液位變送器防爆安全生產(chǎn)措施在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用
采編員： 盧晨瑾
單位名稱： 福州瑞翔自動(dòng)化技術(shù)有限公司
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德國西門子 超聲波液位傳感器 7ML1118-0BA30
德國西門子 一體式超聲波物位計(jì) 7ML1201-1EE00
德國西門子 一體式超聲波液位計(jì) 7ML1201-1EF00
德國西門子 一體式超聲波物位計(jì) 7ML1201-1EK00
德國西門子 固定盒安裝支架 7ML1830-1BK
德國西門子 水位計(jì)手持編程器 7ML1830-2AN
德國西門子 超聲波變送器 7ML5033-1BA00-1A
德國西門子 超聲波變送器 7ML5033-1BA00-3A
德國西門子 一體式超聲波液位計(jì) 7ML5221-1BA11
德國西門子 一體式超聲波液位計(jì) 7ML5221-1DA11
產(chǎn)品品牌 產(chǎn)品名稱 產(chǎn)品型號(hào) 庫存 單位
德國西門子 超聲波變送器 7ML5033-1BA00-3A 20 個(gè)
產(chǎn)品參數(shù)與應(yīng)用說明
測(cè)量范圍：0.3 ~ 15 m
主要應(yīng)用：水井、水槽、堰和格柵控制，化工儲(chǔ)罐，液體儲(chǔ)罐。
MultiRanger 是通用的中短量程的超聲波液位計(jì)，可以測(cè)量/ 控制單個(gè)或多個(gè)容器，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。
產(chǎn)品特點(diǎn)
數(shù)字輸入用來接收來自點(diǎn)式的液位計(jì)，作為備份
內(nèi)置 Modbus RTU 的RS-485 數(shù)字通訊接口
可使用 SmartLinx 系統(tǒng)和 SIMATIC PDM 組態(tài)軟件
單點(diǎn)或雙點(diǎn)液位檢測(cè)
對(duì)于固定干擾目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)虛假回波抑制
差分放大電路，可有效抑制共模干擾，提高信/ 噪比
型號(hào)應(yīng)用：液位測(cè)量、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單泵控制和液位報(bào)警
有墻裝和盤裝選件
產(chǎn)品應(yīng)用
MultiRanger 可測(cè)量多種介質(zhì)，包括燃料油，市政污水、酸、堿液或其它有腐蝕性、有毒性的介質(zhì)。
MultiRanger 供雙點(diǎn)液位測(cè)量，內(nèi)置 Modbus® RTU 數(shù)字通訊 RS-485 接口。使用 SIMATICPDM 軟件，可在PC機(jī)上對(duì)其進(jìn)行組態(tài)和設(shè)定。先進(jìn)的聲智能回波處理軟件為測(cè)量提供了更高的可靠性。
MultiRanger 100 提供液位報(bào)警、開/ 關(guān)和泵控制，是經(jīng)濟(jì)型的解決方案。
它與耐腐蝕的 Echomax 超聲波傳感器一起使用，可用于各種苛刻工況，使用溫度可達(dá) 145 °C。
主要應(yīng)用：水井、水槽、堰和格柵控制，化工儲(chǔ)罐，液體儲(chǔ)罐。
技術(shù)規(guī)格
操作模式（測(cè)量原理超聲波液位測(cè)量-只用于液位測(cè)量）
測(cè)量范圍：0.3 ~ 15m
測(cè)量點(diǎn)數(shù)：?jiǎn)吸c(diǎn)型
輸入模式：數(shù)字量 10 ~ 50VDC 點(diǎn)式液位測(cè)量信號(hào) 邏輯 0 ´ 0.5 V DC 邏輯 1 = 10 ~ 50 VDC 最大 3 Ma
輸出模式：
Echomax 傳感器44 kHz
超聲波傳感器與兼容的傳感器：ST-H 和Echomax 系列 XPS-10/10F, XPS-15/15F, XCT-8, XCT-12 和 XRS-5
輸出繼電器：1 個(gè)繼電器，A 型，250V AC
Ma 輸出 0 ~ 20 Ma 或者 4 ~ 20 Ma
1 最大負(fù)載750 Ω , 隔離
1 分辨率量程的 0.1%
精度
測(cè)量誤差：量程的 0.25% 或 6 mm，取其較大值
分辨率：0.1% 量程1) 或 2 mm，取其較大值
溫度補(bǔ)償：-50 ~ 150 °C，超聲傳感器內(nèi)置溫度傳感器，外部 TS-3 熱傳感器( 可選)，可編程固定溫度值
額定工作條件
安裝條件
地點(diǎn)：室內(nèi)/ 室外
安裝等級(jí)：II
污染等級(jí)：4
環(huán)境條件：環(huán)境溫度（外殼） -20 ~ 50 °C
安裝，外殼設(shè)計(jì)
墻裝：重量（1.37 kg）
外殼材質(zhì)：聚碳酸酯 防護(hù)等級(jí)（外殼），4 個(gè)入口/4 個(gè) M20 電纜格蘭頭
電氣連接
傳感器和 Ma 輸出信號(hào)雙芯屏蔽銅雙絞線，截面積 0.5~0.75mm2(22~18 AWG)，可連接Belden *8760
或類似產(chǎn)品
傳感器和變送器的最大距離365 m
1) 工作范圍定義為液面到超聲波傳感器表面距離加上量程延伸長度。
顯示和控制：100 x 40 mm 帶多圖形背光 LCD
編程：紅外手操器，SIMATIC PDM ，或用于 PC 機(jī)的 Dolphin Plus 軟件
電源：交流型：100 ~ 230 V AC，± 15% 50/60 Hz，36 VA (17 W)
認(rèn)證：General Purpose CE, FM, CSAUS/C, UL listed,C-TICK
通訊：無模塊
一、前言
儲(chǔ)罐是油田煉油廠、油庫、石油碼頭及各大石化企業(yè)普遍需要使用的存儲(chǔ)設(shè)備，通過對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)的液體介質(zhì)(各種石油化工產(chǎn)品)的溫度、壓力、液位、密度等參數(shù)的測(cè)量，可以計(jì)算出儲(chǔ)罐中液體的體積量及質(zhì)量儲(chǔ)量，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)中對(duì)資產(chǎn)管理的需求。
儲(chǔ)罐對(duì)液位測(cè)量的要求不同，一般可分為過程級(jí)及貿(mào)易級(jí)兩種。貿(mào)易級(jí)液位計(jì)的精度要求非常高，需要對(duì)罐內(nèi)的進(jìn)行精確測(cè)量，一般要求測(cè)量精度達(dá)到±1mm；而過程級(jí)液位計(jì)的精度要求一般是在±5～15mm之間，相對(duì)而言對(duì)液位計(jì)測(cè)量可靠性和穩(wěn)定性要求更為嚴(yán)格，測(cè)量目的一般是為了防止油罐冒頂、抽真空等事故的發(fā)生。
各種儲(chǔ)罐的大小和種類各不相同，所測(cè)量介質(zhì)的特性和工藝條件也各不相同，因此只有從客戶的實(shí)際情況出發(fā)，合理的選擇液位計(jì)及設(shè)計(jì)液位測(cè)量解決方案，才能使客戶的投資最優(yōu)化。
二、儲(chǔ)罐液位測(cè)量技術(shù)
目前用于儲(chǔ)罐的液位測(cè)量技術(shù)非常多。根據(jù)測(cè)量方式，可以分為接觸式和非接觸式。 接觸式測(cè)量方法主要有人工檢測(cè)尺、浮子式鋼帶液位計(jì)、伺服式液位計(jì)、靜壓式液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)、射頻導(dǎo)納液位計(jì)等。
非接觸式測(cè)量方法主要有超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)等。其中目前市場(chǎng)上常用的可以滿足貿(mào)易級(jí)液位計(jì)要求的測(cè)量方式有：磁致伸縮液位計(jì)、伺服式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、靜壓式液位計(jì)等，靜壓式液位測(cè)量系統(tǒng)(HTG)因?yàn)檫^于過于復(fù)雜，維護(hù)量大等缺點(diǎn)，使用量越來越少。而雷達(dá)液位計(jì)作為一種高精度的液位測(cè)量方式，因其量程大、安裝方便、維護(hù)量低等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的得到客戶的認(rèn)可和接受；而且近幾年，雷達(dá)液位計(jì)的價(jià)格也逐年降低，也使很多普通的用戶也開始采用起雷達(dá)液位計(jì)作為儲(chǔ)罐的液位測(cè)量方案。
三、雷達(dá)液位測(cè)量原理及特點(diǎn)
雷達(dá)液位計(jì)又稱微波液位計(jì)(Radar)，是取英文詞組“RAdioDetectionAndRanging”的詞頭字母而來的縮寫詞。微波物位計(jì)朝一個(gè)目標(biāo)發(fā)射電磁波，電磁波井發(fā)射后返回發(fā)射源。安裝在發(fā)射源處的接收器捕獲到反射波，并把它與發(fā)射波作比較，確定目標(biāo)的存在和它到發(fā)射源的距離。
目前市場(chǎng)常見的微波物位計(jì)采用的工作原理主要有FMCW(連續(xù)調(diào)頻)和脈沖兩種。 FMCW雷達(dá)液位計(jì)采用線性的調(diào)制的高頻信號(hào)，一般都是采用10GHz或24GHz微波信號(hào)。它是一種基于復(fù)雜數(shù)學(xué)公式的間接測(cè)量方法，由頻譜計(jì)算出物位距離。天線發(fā)射出被線性調(diào)制的連續(xù)高頻微波信號(hào)并進(jìn)行掃描，同時(shí)接收返回信號(hào)。發(fā)射微波信號(hào)和返回的微波信號(hào)之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成一定比例關(guān)系。脈沖雷達(dá)液位計(jì)，與超聲波技術(shù)相似，使用時(shí)差原理計(jì)算到介質(zhì)表面的距離。設(shè)備傳輸固定頻率的脈沖，然后接收并建立回波圖形。信號(hào)的傳播時(shí)間直接與到介質(zhì)的距離成一定比例。但是與超聲波使用聲波不同，雷達(dá)使用的是電磁波。它利用好幾萬個(gè)脈沖來“掃描”容器并得到完整的回波圖。
雷達(dá)液位計(jì)的典型波段為5.8GHz、10GHz、24GHz。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。 由于雷達(dá)液位計(jì)的增益系數(shù)和波束角的大小和微波的波長以及雷達(dá)液位計(jì)的喇叭口尺寸大小有關(guān)系。因此，越來越多的雷達(dá)液位計(jì)制造商開始研發(fā)采用高頻率微波技術(shù)來改善雷達(dá)液位計(jì)的性能。同時(shí)，采用高頻技術(shù)后，可以在提高雷達(dá)性能的同時(shí)，大大縮小天線的尺寸，使安裝更加方便。
由于雷達(dá)液位計(jì)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(fā)性氣體和蒸汽、溫度、壓力(真空)、甚至粉塵的影響。而且，由于是基于回波反射測(cè)距的原理(TOF)，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)來說，不存在磨損等問題，因此基本不需要維護(hù)；頂部安裝的方式也使安裝更加方便；而且由于微波的特性，相對(duì)其它液位測(cè)量方式，它的精度一般都能達(dá)到0.1%(全量程)的精度。由于雷達(dá)液位計(jì)具有這不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，越來越多的儲(chǔ)罐用戶開始采用雷達(dá)液位計(jì)來替代其他技術(shù)。
四、解決方案
西門子公司從1998年推出第一臺(tái)智能化的雷達(dá)液位計(jì)IQ160開始，陸續(xù)推出了基于各種工作原理和采用不同頻率的雷達(dá)液位計(jì)，形成較齊全的產(chǎn)品線，能夠滿足各種不同過程工藝、介質(zhì)的測(cè)量需求。
SitransLR系列雷達(dá)目前包括ProbeLR，LR200，LR250，LR260和LR460四個(gè)系列產(chǎn)品。同時(shí)德國西門子與中環(huán)天儀股份有限公司在中國戰(zhàn)略合作，授權(quán)中環(huán)天儀股份有限公司在中國區(qū)組裝西門子雷達(dá)，采用西門子核心部件組裝西門子LR200，LR250，LR260和LR460四個(gè)系列四款雷達(dá)。
ProbeLR是一款性價(jià)比極高的一款雷達(dá)液位計(jì)。它是一個(gè)兩線制回路供電的，5.8GHz頻率雷達(dá)液位計(jì)，用于測(cè)量儲(chǔ)罐和過程罐中液體和漿料的物位和體積。ProbeLR是揮發(fā)性化學(xué)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(xué)儲(chǔ)罐、化學(xué)反應(yīng)罐和長量程應(yīng)用。它的量程為20m，精度為全量稱的0.1%(如圖1)。
LR200在兼具了ProbeLR的所有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，還提供了各種不同規(guī)格的安裝方式(包括各種規(guī)格法蘭和螺紋)和不同的天線的選擇(包括喇叭口天線、桿式天線、導(dǎo)波管天線等)，極大程度地滿足不同過程工藝的需求。
ProbeLR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。
