王繼峰

大慶油田工程有限公司

隨著時(shí)代的發(fā)展,能源供應(yīng)安全以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)逐漸成為國(guó)家以及個(gè)人所關(guān)注的焦點(diǎn),這也是關(guān)系到中國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要問題之一.其中LNG儲(chǔ)罐儀表的選型以及測(cè)量管理系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì),可以有效地保證能源供應(yīng)安全以及保護(hù)周邊環(huán)境的清潔.基于此,本文簡(jiǎn)要地闡述LNG罐區(qū)儀表選型及測(cè)量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì).

1 罐區(qū)儀表的特點(diǎn)以及選型

LNG罐區(qū)每種儀表的功能以及用途各不相同,儀表的選型與實(shí)現(xiàn)其實(shí)際需求息息相關(guān).

通常情況下,LNG儲(chǔ)罐的每一個(gè)罐頂都會(huì)安裝1臺(tái)雷達(dá)液位計(jì),2臺(tái)十六點(diǎn)平均溫度計(jì),1臺(tái)液位溫度密度計(jì),2臺(tái)伺服液位計(jì);在控制室設(shè)有1臺(tái)交換機(jī),以及儲(chǔ)罐功能掃描儀和監(jiān)測(cè)站計(jì)算機(jī);在LNG儲(chǔ)罐的旁邊安裝有2臺(tái)罐旁顯示儀[1].

1.1 雷達(dá)液位計(jì)

雷達(dá)液位計(jì)依據(jù)雷達(dá)波的反射定位原理對(duì)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的液體位置進(jìn)行定位,從而達(dá)到液位計(jì)量的目的(圖1).

圖1 雷達(dá)液位計(jì)工作原理Fig.1 Working principle of radar liquid level meter

雷達(dá)液位計(jì)采用發(fā)射-反射-接受的工作模式傳送雷達(dá)波發(fā)生裝置發(fā)生的雷達(dá)信號(hào).通過(guò)雷達(dá)液位計(jì)的天線發(fā)射出電磁波,經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后再被天線接收.雷達(dá)液位計(jì)具有定位精度較高、定位相對(duì)準(zhǔn)確的特點(diǎn),但相對(duì)于伺服液位計(jì),雷達(dá)液位計(jì)在測(cè)量上會(huì)存在較大的測(cè)量誤差.此外,測(cè)量介質(zhì)為需要加熱或容易產(chǎn)生結(jié)露的產(chǎn)品時(shí),可能會(huì)在雷達(dá)天線表面產(chǎn)生結(jié)露,直接影響雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量精度.

1.2 十六點(diǎn)平均溫度計(jì)

十六點(diǎn)平均溫度計(jì)主要由信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊以及感溫元件組成,其主要作用是對(duì)LNG儲(chǔ)罐的溫度變化進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)控.其中十六點(diǎn)分別代表著16個(gè)PT100的感溫元件,在LNG儲(chǔ)罐自上而下均衡分布,具有測(cè)量范圍較廣、測(cè)量精度較高的特點(diǎn).該溫度計(jì)可以更為準(zhǔn)確、及時(shí)地將溫度變化信號(hào)進(jìn)行采集,與此同時(shí),在實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中,通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)化模式對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,從而達(dá)到提高測(cè)量精度的目的[2].

1.3 液位溫度密度計(jì)

液位溫度密度計(jì)主要是檢測(cè)LNG儲(chǔ)罐的液位以及溫度狀況,并且將這些信息以及信號(hào)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)果集成在測(cè)量裝置中,從而最大限度地降低測(cè)量系統(tǒng)硬件上的復(fù)雜程度.同時(shí)要將傳感器均勻地通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)布置到LNG儲(chǔ)罐內(nèi),通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)控制傳感器探頭在LNG罐內(nèi)進(jìn)行懸浮控制或者其他方式進(jìn)行移動(dòng),其主要的控制方式為手動(dòng)操作或者自動(dòng)操作.通過(guò)信號(hào)線將傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行輸出,再通過(guò)終端計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行一定的分類處理,在加強(qiáng)LNG罐區(qū)儀表設(shè)備的集成程度的同時(shí),也對(duì)多種信號(hào)的采集及處理難度進(jìn)行了一定程度上的簡(jiǎn)化[3].

1.4 伺服液位計(jì)

每一個(gè)LNG儲(chǔ)罐都會(huì)配備一個(gè)伺服液位計(jì)(圖2).伺服液位計(jì)的主要工作原理為:結(jié)合精密的測(cè)量裝置儀器,通過(guò)浮力平衡的原理,傳感器感應(yīng)到伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)水平,對(duì)LNG儲(chǔ)罐中浮子的位置變化進(jìn)行監(jiān)測(cè),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LNG儲(chǔ)罐中液位的變化進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)[4].伺服液位計(jì)具有高靈敏以及高精度的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),其精度范圍差大約在0.7 mm以內(nèi),具有較廣的實(shí)際應(yīng)用范圍.

圖2 伺服液位計(jì)示意圖Fig.2 Schematic diagram of servo liquid level meter

1.5 罐旁顯示儀

LNG罐旁顯示儀的主要功能是將收集和處理好的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)顯示儀顯示出來(lái),罐旁顯示儀的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)LNG儲(chǔ)罐的可視化操作,可顯示LNG儲(chǔ)罐的內(nèi)部工況,在對(duì)罐內(nèi)傳感器傳輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整合的同時(shí),將數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償和反饋.LNG儲(chǔ)罐的罐旁顯示儀作為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐的測(cè)量管理系統(tǒng)的核心,不僅能夠?qū)NG儲(chǔ)罐的狀態(tài)進(jìn)行合理控制,還可以在很大程度上增強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性,防止運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生不可預(yù)估的問題[5].

以上為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐的主要儀表類型,其在LNG儲(chǔ)罐的監(jiān)測(cè)中是必不可少的一部分.在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)LNG儲(chǔ)罐的實(shí)際需要,進(jìn)行選型與應(yīng)用,以保證LNG儲(chǔ)罐的運(yùn)行安全.

2 LNG罐區(qū)測(cè)量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

罐旁顯示儀、液位溫度密度計(jì)、雷達(dá)液位儀、十六點(diǎn)平均溫度計(jì)和伺服液位計(jì)這幾種儀表作為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中最重要的組成部分,其中各個(gè)組成部分之間以不同類型的信號(hào)相連,同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)以及不同的數(shù)據(jù)模式實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸,以此搭建LNG罐區(qū)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)[6].LNG罐區(qū)測(cè)量管理系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分,即監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和庫(kù)存管理系統(tǒng).

2.1 LNG罐區(qū)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,LNG儲(chǔ)罐內(nèi)是由多種成分組成的混合物,LNG罐區(qū)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是LNG罐區(qū)測(cè)量管理系統(tǒng)中必不可少的部分.當(dāng)LNG罐內(nèi)的環(huán)境條件參數(shù)發(fā)生一定改變時(shí),LNG儲(chǔ)罐的罐內(nèi)混合物由于其性質(zhì)的不同而發(fā)生分層現(xiàn)象,而LNG儲(chǔ)罐通過(guò)LNG監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地解決[7]此問題.當(dāng)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)物質(zhì)發(fā)生分層時(shí),LNG罐區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器接收到此信息數(shù)據(jù)便會(huì)對(duì)LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行加熱處理,隨著熱量的輸入,儲(chǔ)罐頂層和底層的分層物質(zhì)由于熱而發(fā)生密度的改變而產(chǎn)生液體翻滾的現(xiàn)象,從而有效地解決了LNG儲(chǔ)罐內(nèi)物質(zhì)的分層問題,維持LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的正常液位.

LNG罐區(qū)的分層監(jiān)測(cè)是通過(guò)傳感器對(duì)LNG罐內(nèi)的物質(zhì)的密度和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的整合與分析,并通過(guò)計(jì)算機(jī)終端對(duì)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果進(jìn)行直觀的實(shí)時(shí)顯示[8].若LNG罐內(nèi)的上層和底層的數(shù)據(jù)差異過(guò)大,很有可能在LNG罐內(nèi)發(fā)生了物質(zhì)分層現(xiàn)象.員通過(guò)不同閾值的設(shè)置來(lái)控制LNG罐內(nèi)的翻滾現(xiàn)象,可在最大程度上保障LNG罐區(qū)運(yùn)行的穩(wěn)定性[9].

2.2 LNG罐區(qū)庫(kù)存管理系統(tǒng)

LNG罐區(qū)的庫(kù)存管理系統(tǒng)主要是根據(jù)用戶的具體需要,對(duì)LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的參數(shù)屬性以及罐內(nèi)物料的儲(chǔ)存量等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和管理.其中,LNG儲(chǔ)罐內(nèi)的掃描儀是最重要的采集LNG儲(chǔ)罐內(nèi)參數(shù)數(shù)據(jù)的信息收集裝置,可使用相關(guān)算法的程序?qū)\(yùn)算結(jié)果進(jìn)行處理和信號(hào)輸出[9].LNG罐區(qū)庫(kù)存管理系統(tǒng)也同時(shí)支持多臺(tái)計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和處理,從而最大程度地提高罐區(qū)庫(kù)存管理的效率.

庫(kù)存管理系統(tǒng)能夠?qū)v史記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和記憶,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故危險(xiǎn)并報(bào)警.操作人員可以通過(guò)軟件對(duì)報(bào)警設(shè)置、罐內(nèi)狀態(tài)顯示以及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能進(jìn)行操作,從而大大地提高了管理系統(tǒng)的有序化和系統(tǒng)化,提升了工作整體效率和有效性[8].

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于LNG儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō),其計(jì)量系統(tǒng)是LNG罐區(qū)整體安全性和有效性的重要保障.對(duì)LNG罐區(qū)儀表選型及測(cè)量管理系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì),結(jié)合實(shí)際使用需求對(duì)LNG罐區(qū)儲(chǔ)罐的儀表進(jìn)行合理的選型,對(duì)LNG罐區(qū)的庫(kù)存管理系統(tǒng)進(jìn)行最大程度上的優(yōu)化和管理,通過(guò)可視化操作,提高了工作效率,進(jìn)一步保證了LNG罐區(qū)測(cè)量管理系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性.