В статье рассматривается успешный опыт измерения уровня кипящих нефтепродуктов
в вакуумной колонне с помощью волноводных радарных уровнемеров.
Уровень в технологических аппаратах является одним из основных измеряемых параметров в нефтеперерабатывающей промышленности. Надежность и достоверность измерений данного параметра напрямую связаны с безопасностью эксплуатации объекта и качеством выпускаемого продукта.
За последние годы широкое распространение получили уровнемеры, использующие технологию рефлектометрии с временным разрешением: волноводные радарные и бесконтактные радарные уровнемеры. Принцип основан на излучении микроволн, приеме отраженных микроволн от границы раздела сред «воздух-жидкость», «жидкость-жидкость» и дальнейшей обработке сигнала для определения дистанции до продукта (рис.2).
Почему измерение уровня кипящих продуктов раньше было проблемой
Применение волноводных радарных и бесконтактных радарных уровнемеров позволяет решить задачи по измерению уровня многих продуктов в широком диапазоне рабочих давлений и температур. Развитие элементной базы позволяет обрабатывать отраженные сигналы от поверхности сред с диэлектрической проницаемостью среды от 1.2 и выше. Нередко эксплуатирующему персоналу необходимо проводить анализ состояния выносной камеры и резервуара, а волноводные уровнемеры являются оптимальным решением данной задачи.
Ограничения на применение радарной технологии были связаны с измерением уровня кипящих нефтепродуктов — данный метод имеет ограничения по причине потери сигнала границы раздела воздух-жидкость, и, как следствие, недостоверных показаний, ухода в режим неисправности. Как пример — вакуумные и 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 6-12кПа (кг/с) 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 максимальной температурой кипения до 545°С. Измерение уровня продуктов с такими технологическими параметрами ограничивает выбор средств КИП. На рис. 2 показан график эхо-кривой работы волноводного уровнемера с кипящими нефтепродуктами на объектах ООО «КИНЕФ».
Отраженный сигнал от кипящих нефтепродуктов нестабильный, перемещается вдоль эхо-кривой. Как правило, уровнемеры «теряют» эхо-сигнал и уходят в режим неисправности.
Решение
Уровнемеры Rosemount 5300 от Emerson расширили границы применения волноводных уровнемеров. Особенность заключается в том, что при измерении уровня нефтепродуктов сигнал лишь частично отражается от границы раздела воздух-жидкость, распространяясь дальше по волноводу, «доходит» до конца зонда и отражается обратно. Уровнемер получает два сигнала от границы сред и от конца зонда. При прохождении радиоволн по волноводу скорость распространения волны в жидкой среде нефтепродуктов замедляется на значение, пропорциональное диэлектрической проницаемости измеряемой среды. В связи с этим физическим явлением уровнемер Rosemount 5300 способен измерять уровень нефтепродуктов как по сигналу границы раздела воздух–жидкость, так и по замедлению радиоволн в жидкой среде (работа в режиме «Проекция конца зонда»). На графике мы наблюдаем данный пример (рис.3).
Как показывает опыт эксплуатации уровнемеров Rosemount 5300, измерение уровня жидкости кипящих продуктов возможно только при использовании режима проецирования конца зонда. При вскипании продукта уровнемер не теряет сигнал, отраженный от конца зонда, и стабильно продолжает обеспечивать измерение уровня. Если вскипание происходит мгновенно, то прибор можно переключить в обычный режим. Уровнемер будет обрабатывать сигналы, отраженные от поверхности продукта, а не от конца зонда. Если жидкость кипит постоянно, то уровнемер будет корректно проводить измерения только в режиме проецирования конца зонда. На графике показан пример измерения уровня нефтепродуктов при их кипении в выносной камере. Уровнемер продолжает отслеживать уровень по концу зонда.
В уровнемерах серии 5300 также есть возможность выбора опорного сигнала. На кипящих жидкостях он может менять форму и уменьшаться в амплитуде, чтобы устранить подобные негативные эффекты. Программное обеспечение уровнемера позволяет выбрать множество вариантов в качестве опорного сигнала, менее подверженных влиянию технологического процесса.
Важным дополнением при монтаже прибора является обеспечение постоянной полярности сигнала от конца зонда. Желательно, чтобы конец зонда имел контакт со стенкой резервуара или выносной камерой. Полярность зонда указывается в настройках и необходима при использовании режима работы по концу зонда. При измерении продуктов с высокой температурой отдельное внимание следует уделить термоизоляции уровнемера и уплотнению зонда. Это поможет предотвратить скапливание конденсата и осаждений продукта. При выполнении вышеперечисленных условий достигается надежное измерение уровня кипящих нефтепродуктов.
Отдельно затронем функции расширенной диагностики. Соотношение сигнал/шум, расчетное качество сигнала и амплитуда опорного сигнала позволяют включить уровнемеры в систему предупредительной диагностики, которая заранее оповестит о необходимости проведения технического обслуживания.
Эксплуатация волноводных уровнемеров на предприятии ООО «КИНЕФ» показала, что измерение с помощью уровнемеров Rosemount 5300 уровня кипящих нефтепродуктов является наиболее надежным способом измерения и обеспечивает стабильные показания даже при вскипании нефтепродукта.
Опубликовано в журнале "Вестник арматуростроителя" № 3 (38)
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», №3 (38) 2017
