Измерение уровня кипящих нефтепрдуктов с помощью уровнемеров серии Rosemount 5300

Уровень кипящих нефтепродуктов в технологических аппаратах перегонки нефти является одним из основных измеряемых параметров в нефтеперерабатывающей промышленности. Надежность и достоверность данных об измеренных значениях этого важного параметра напрямую связаны с безопасностью эксплуатации объекта и качеством выпускаемого продукта.

За последние годы широкое распространение на предприятиях нефтепереработки получили промышленные уровнемеры, использующие технологию рефлектометрии с временным разрешением: волноводные радарные и бесконтактные радарные уровнемеры.

Принцип действия этих приборов основан на излучении микроволн определенной частоты, приеме отраженных сигналов от границы раздела сред воздух-жидкость ( или жидкость-жидкость) и дальнейшей обработке отраженного сигнала для определения дистанции до границы уровня выбранного продукта в емкости.

Рис 1. Принцип действия рефлексрадарного уровнемера
Почему измерение уровня кипящих нефтепродуктов является проблемой?

Применение волноводных радарных и бесконтактных радарных уровнемеров позволяет решать задачи по измерению уровня многих веществ в широком диапазоне рабочих давлений и температур. Развитие элементной базы для волноводных радарных уровнемеров позволяет обрабатывать отраженные сигналы от поверхности сред со значением диэлектрической проницаемости от 1.2 и выше.

Нередко, обслуживающему персоналу промышленных установок необходимо проводить анализ состояния выносной камеры и резервуара, а волноводные уровнемеры являются оптимальным решением данной задачи.

Ограничения на применение радарной технологии для решения задачи измерения уровня кипящих нефтепродуктов были связаны с определенными техническими проблемами, возникавшими из-за потери отраженного сигнала от границы раздела воздух-жидкость, и, как следствие, появление недостоверных показаний приборов или автоматического перевода их в режим неисправности.

Возьмем, к примеру, вакуумные или атмосферные колонны. Для разделения углеводородов, у которых температура кипения превышает температуру их термического разложения (термокрекинг), используется перегонка с пониженным давлением в вакуумных колоннах.

Рабочее давление в них составляет величину от 6 до 12 кПа абс. в верхней части. Для снижения парциального давления в колонне в нижнюю часть колонны подается перегретый водяной пар низкого давления. Использование вакуума и водяного пара позволяет отпаривать тяжелые фракции, с концом кипения до 545 ⁰С.

Измерение уровня продуктов с такими технологическими параметрами ограничивает выбор средств измерения.

На рис.2 показан график эхо-кривой работы волноводного уровнемера с кипящими нефтепродуктами на объектах ООО «КИНЕФ».

Рис.2 Отраженный эхосигнал от поверхности нефтепродукта
Отраженный эхосигнал от границы раздела кипящих нефтепродуктов и воздуха оказывается нестабильным, перемещается вдоль эхо-кривой. Как правило, электронный блок обычного уровнемера «теряют» эхосигнал и переводит прибор в режим неисправности.

Предлагаемое решение

Волноводные радарные уровнемеры серии Rosemount 5300, производства компании Эмерсон, позволяют расширить границы применения этого типа измерительных устройств. Особенность данных приборов заключается в том, что при измерении уровня кипящих нефтепродуктов формируемый микроволновой сигнал лишь частично отражается от границы раздела воздух-жидкость, и, распространяясь дальше по волноводу, «доходит» до конца зонда, после чего отражается обратно.

Блок обработки сигналов уровнемера Rosemount 5300 получает два отраженных эхосигнала от границы сред и от конца зонда. При прохождении радиоволн по волноводу зонда скорость распространения волны в жидкой среде нефтепродуктов замедляется на значение пропорциональное диэлектрической проницаемости вещества измеряемой среды.

С учетом этого физического явления уровнемер Rosemount 5300 способен измерять уровень кипящих нефтепродуктов как по эхосигналу от границы раздела воздух –жидкость, так и по замедлению скорости радиоволн в жидкой среде (работа в режиме "Проекция конца зонда").

На графике можно наблюдать данный пример (рис.3).

Рис.3 Смещение эхосигнала конца зонда относительно физического окончания зонда
Как показывает опыт эксплуатации уровнемеров серии Rosemount 5300 на предприятии "КИНЕФ", измерение уровня жидкости кипящих нефтепродуктов возможно только при использовании режима "Проецирования конца зонда". При этом, даже при вскипании вещества измеряемого нефтепродукта блок обработки данных уровнемеров серии Rosemount 5300 не теряет эхосигнал, отраженный от конца зонда, и стабильно продолжает обеспечивать точное измерение уровня.

Если вскипание вещества измеряемой среды происходит мгновенно, то прибор можно переключить в обычный режим. При этом, блок обработки эхосигнала уровнемера Rosemount 5300 будет учитывать сигналы, отраженные от поверхности продукта, а не от конца зонда.

Если жидкий нефтепродукт кипит постоянно, то уровнемер Rosemount 5300 будет корректно проводить измерения только в режиме "Проецирования конца зонда".

На графике показан пример измерения уровня нефтепродуктов при их кипении в выносной камере. Уровнемер Rosemount 5300 продолжает отслеживать уровень по концу зонда.

В уровнемерах серии Rosemount 5300 также есть возможность выбора параметров опорного сигнала. На кипящих жидкостях он может менять форму и уменьшаться в амплитуде, и чтобы устранить подобные негативные эффекты, специальное ПО уровнемера Rosemount 5300 позволяет выбрать множество вариантов микроволны, используемой в качестве опорного сигнала, для уменьшения вредных влияний технологического процесса.

Важным дополнением при монтаже приборов серии Rosemount 5300 является возможность обеспечения постоянной полярности эхосигнала от конца зонда. Желательно, чтобы конец зонда имел контакт со стенкой резервуара или выносной камеры. Полярность зонда указывается в настройках текущей конфигурации уровнемера и необходима при использовании режима работы этого устройства "По концу зонда".

При измерении уровня нефтепродуктов с высокой температурой отдельное внимание следует уделить термоизоляции уровнемера и уплотнению зонда. Это поможет предотвратить скапливание конденсата и осаждений продукта.

При выполнении вышеперечисленных условий, стабильно достигается надежное измерение значений уровня кипящих нефтепродуктов.

Функции расширенной диагностики уровнемеров серии Rosemount 5300 .

Значения таких параметров как: соотношение сигнал/шум, расчетное качество сигнала и величина амплитуды опорного сигнала, позволяют включать уровнемеры серии Rosemount 5300 в автоматизированную систему предупредительной диагностики, которая заранее оповестит эксплуатационные службы предприятия о необходимости проведения технического обслуживания.

Эксплуатация волноводных уровнемеров серии Rosemount 5300 на предприятии ООО «КИНЕФ» показала, что измерение уровня кипящих нефтепродуктов с помощью этих устройств является наиболее надежным способом измерения и обеспечивает стабильные показания даже при вскипании нефтепродукта.

Источник: http://www.kipia.info/publication/volnovodnyiy-radarnyiy-urovnemer/?PAGEN_1=3