雷达液位计在克拉2气田的应用

　　雷达液位计是一种智能型测量仪表,采用了模块化结构和现场总线技术,实现了全数字化处理(DSP),具有良好的兼容性和开放性,并且具有自校正能力和自诊断能力。它是一种时间行程测量系统。用于测量从基准点(即过程连接点)到物位表面间的间距。初期的雷达液位计是基于发射及接收信号的时间差来工作的。高性能雷达液位计一般采用调频连续波,雷达发射频率信号被液体表面发射后,天线接收回波。由于频率信号按照一定的变化规律在改变,回波与天线发射瞬间相比,其频率差正比于至液体间的距离。克拉2气田在用的Rosemount 3300系列和5600系列导波雷达液位计正是基于这两种测量原理制造的。

　　1　Rosemount 3300系列液位计

　　1·1　测量原理

　　该型号的雷达液位计测定液位信号都是采用导波雷达技术。由于采用了数据采样及高信噪比等先进的信号处理方法,产品对液体及各种严酷工况下的工业过程均有高可靠性的测量,特别适合克拉2气田的天然气生产。

　　其原理是发射微波信号,通过测量发射波与反射波之间相叠加,叠加后能量会增大,这样以来,反射波和发射波的参考点之间就形成一个时域差,这个时域差与液位成反比,将这种比例关系转换为电信号的方式来测量液位的。具体是由雷达传感器的天线发出微波,微波沿着探测器到达目标(液面或界面)后反射,其中一部分能量被反射,沿着探测器返回,返回的信号又由天线接收,天线从发射微波到接收到微波时间差,由这个时间差就可以计算出微波传播的时间。反射介质界面的距离是由测量微波信号传播时间(t)来实现的。微波传播的速度和光传播的速度相同,测量的距离(D)与微波传播的时间成正比:

　　D=c·t/2

　　式中:c为光速。

　　1·2　结构

　　Rosemount3300系列的液位计是由探测器、变送器、手操器、显示装置、控制器组成、反馈装置、调制解调器、PC机组成。

　　3300系列液位计可提供的探头种类有同轴、硬双缆、硬单缆、软双缆和软单缆五种。克拉2气田现场所用的都是硬双缆和硬单缆两种,只有液液分离器和三相分离器共计16个,它的作用就是将微波传到液面或界面,反射后,再将反射波传回变送器。

　　现场所应用的Rosemount 3300系列液位计都是采用侧装旁路管来测量液位或界位。如图1,根据容器内外压力平衡原理,容器和旁路管中的液位是一样的,测出旁路管的液位或界位就相当于测出了容器内的液位或界位。

　　图2中所示,返回波能量最大的点所对应的时间就是微波由天线传至液面再返回所用的时间,由这个时间就能算出容器顶部到液面之间的距离,因而就能算出实际的液位了。界位测量和液位测量过程大体一样,不同的是微波传至液面以后,一部分反射回来,剩下的一部分继续向下传播,直到到达界位后,经过第二次反射,反射回的波就能算出时间差,不同的液体它的反射信号不同,介电常数高的液体返回的信号比介电常数低的信号能量高。如图3所示。