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
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庫存產(chǎn)品清單：
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 7ML1201-1EE00
德國西門子 一體式超聲波液位計 7ML1201-1EF00
德國西門子 一體式超聲波物位計 7ML1201-1EK00
德國西門子 固定盒安裝支架 7ML1830-1BK
德國西門子 水位計手持編程器 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 7ML5221-1BA11
德國西門子 一體式超聲波液位計 7ML5221-1DA11
產(chǎn)品品牌 產(chǎn)品名稱 產(chǎn)品型號 庫存 單位
德國西門子 超聲波變送器 7ML5033-1BA00-3A 20 個
產(chǎn)品參數(shù)與應(yīng)用說明
測量范圍：0.3 ~ 15 m
主要應(yīng)用：水井、水槽、堰和格柵控制，化工儲罐，液體儲罐。
MultiRanger 是通用的中短量程的超聲波液位計，可以測量/ 控制單個或多個容器，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。
產(chǎn)品特點
數(shù)字輸入用來接收來自點式的液位計，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
單點或雙點液位檢測
對于固定干擾目標進行自動虛假回波抑制
差分放大電路，可有效抑制共模干擾，提高信/ 噪比
型號應(yīng)用：液位測量、實現(xiàn)簡單泵控制和液位報警
有墻裝和盤裝選件
產(chǎn)品應(yīng)用
MultiRanger 可測量多種介質(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 供雙點液位測量，內(nèi)置 Modbus® RTU 數(shù)字通訊 RS-485 接口。使用 SIMATICPDM 軟件，可在PC機上對其進行組態(tài)和設(shè)定。先進的聲智能回波處理軟件為測量提供了更高的可靠性。
MultiRanger 100 提供液位報警、開/ 關(guān)和泵控制，是經(jīng)濟型的解決方案。
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 145 °C。
主要應(yīng)用：水井、水槽、堰和格柵控制，化工儲罐，液體儲罐。
技術(shù)規(guī)格
操作模式（測量原理超聲波液位測量-只用于液位測量）
測量范圍：0.3 ~ 15m
測量點數(shù)：單點型
輸入模式：數(shù)字量 10 ~ 50VDC 點式液位測量信號 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 個繼電器，A 型，250V AC
Ma 輸出 0 ~ 20 Ma 或者 4 ~ 20 Ma
1 最大負載750 Ω , 隔離
1 分辨率量程的 0.1%
精度
測量誤差：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：室內(nèi)/ 室外
安裝等級：II
污染等級：4
環(huán)境條件：環(huán)境溫度（外殼） -20 ~ 50 °C
安裝，外殼設(shè)計
墻裝：重量（1.37 kg）
外殼材質(zhì)：聚碳酸酯 防護等級（外殼），4 個入口/4 個 M20 電纜格蘭頭
電氣連接
傳感器和 Ma 輸出信號雙芯屏蔽銅雙絞線，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 機的 Dolphin Plus 軟件
電源：交流型：100 ~ 230 V AC，± 15% 50/60 Hz，36 VA (17 W)
認證：General Purpose CE, FM, CSAUS/C, UL listed,C-TICK
通訊：無模塊
一、前言
儲罐是油田煉油廠、油庫、石油碼頭及各大石化企業(yè)普遍需要使用的存儲設(shè)備，通過對儲罐內(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)的測量，可以計算出儲罐中液體的體積量及質(zhì)量儲量，以實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)中對資產(chǎn)管理的需求。
儲罐對液位測量的要求不同，一般可分為過程級及貿(mào)易級兩種。貿(mào)易級液位計的精度要求非常高，需要對罐內(nèi)的進行精確測量，一般要求測量精度達到±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(wěn)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(fā)生。
各種儲罐的大小和種類各不相同，所測量介質(zhì)的特性和工藝條件也各不相同，因此只有從客戶的實際情況出發(fā)，合理的選擇液位計及設(shè)計液位測量解決方案，才能使客戶的投資最優(yōu)化。
二、儲罐液位測量技術(shù)
目前用于儲罐的液位測量技術(shù)非常多。根據(jù)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(mào)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，靜壓式液位測量系統(tǒng)(HTG)因為過于過于復雜，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(yōu)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。
三、雷達液位測量原理及特點
雷達液位計又稱微波液位計(Radar)，是取英文詞組“RAdioDetectionAndRanging”的詞頭字母而來的縮寫詞。微波物位計朝一個目標發(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，確定目標的存在和它到發(fā)射源的距離。
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(xù)調(diào)頻)和脈沖兩種。 FMCW雷達液位計采用線性的調(diào)制的高頻信號，一般都是采用10GHz或24GHz微波信號。它是一種基于復雜數(shù)學公式的間接測量方法，由頻譜計算出物位距離。天線發(fā)射出被線性調(diào)制的連續(xù)高頻微波信號并進行掃描，同時接收返回信號。發(fā)射微波信號和返回的微波信號之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成一定比例關(guān)系。脈沖雷達液位計，與超聲波技術(shù)相似，使用時差原理計算到介質(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。信號的傳播時間直接與到介質(zhì)的距離成一定比例。但是與超聲波使用聲波不同，雷達使用的是電磁波。它利用好幾萬個脈沖來“掃描”容器并得到完整的回波圖。
雷達液位計的典型波段為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。 由于雷達液位計的增益系數(shù)和波束角的大小和微波的波長以及雷達液位計的喇叭口尺寸大小有關(guān)系。因此，越來越多的雷達液位計制造商開始研發(fā)采用高頻率微波技術(shù)來改善雷達液位計的性能。同時，采用高頻技術(shù)后，可以在提高雷達性能的同時，大大縮小天線的尺寸，使安裝更加方便。
由于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(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；而且由于微波的特性，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。由于雷達液位計具有這不可比擬的優(yōu)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(shù)。
四、解決方案
西門子公司從1998年推出第一臺智能化的雷達液位計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液位計，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)的測量需求。
SitransLR系列雷達目前包括ProbeLR，LR200，LR250，LR260和LR460四個系列產(chǎn)品。同時德國西門子與中環(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，采用西門子核心部件組裝西門子LR200，LR250，LR260和LR460四個系列四款雷達。
ProbeLR是一款性價比極高的一款雷達液位計。它是一個兩線制回路供電的，5.8GHz頻率雷達液位計，用于測量儲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(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。
