雷达液位计显示系统故障分析与解决措施

化工自动化及仪表

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雷达液位计显示系统故障分析与解决措施马志荣1李

吴

勇2祝守丽1肖刚2刘明川2傅俊义2波2刘双全2田雨3柳玉均2渊1.克拉玛依职业技术学院石油工程系曰2.中国石油天然气股份有限公司油田油气储运分公司曰

3.中国石油天然气股份有限公司管道廊坊输油气分公司冤

摘要统计分析某油库罗斯蒙特雷达液位计显示系统的故障类型袁确定主要原因并采取相应的整改雷达液位计

TH816

显示系统

数据传输故障

B

液位误差文章编号

1000鄄3932渊2020冤01鄄0071鄄10

措施遥整改投用后袁雷达液位计显示系统的故障频率显著降低遥关键词中图分类号

文献标识码

雷达液位计的正常使用袁对站队收发油品尧稠稀

计量的准确性直接关系到国家的利益与安全咱1暂遥

油罐液位计量是油罐储油计量的主要方式袁据来迅速判断流程切换是否有误袁一旦液位显示系统故障就必须人工上罐检查袁增加了劳动强度和安全风险遥因此袁降低液位计液位显示系统的故障率袁关系到输油生产的安全与油库的平稳运行遥

1液位计的工作原理

如图1所示袁液位计通过储罐顶部的天线发射雷达信号来测量液体的液位遥雷达信号被液面反射后袁回波被天线接收遥通过检测该段空间的高度获得罐内空高袁结合雷达安装位置的实际高

油配比尧沉降放水及原油外输等起到至关重要的作用袁可以说雷达液位计是调度人员的野眼睛冶遥某外输大型站库主要完成原油来油储存尧稠稀油掺混调配及加热加压输送等任务遥该站现库存油46万方袁储油罐16座袁油库工艺复杂袁切换流程

频繁袁调度岗位人员可以通过分析罗斯蒙特雷达液位计渊以下简称液位计冤液位显示系统中的数

图1液位计工作原理

作者简介院马志荣渊1985鄄冤袁讲师袁从事天然气计量尧油气储存与装卸等的研究袁884@qq.com遥

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度就可以获得罐内的液位数据遥通过现场通信单元渊FCU冤提供的连接上位计算机的RS485接口袁可以传输液位等参数和报警信号袁也可以通过上位计算机对智能雷达显示仪进行控制咱2暂遥2故障现场调查

2冤袁查阅2017年1耀12月叶自动化尧仪表故障登记表曳和岗位交记录袁将液位计出现的故障情况汇总于表1遥

表1

序号12345678101112131415169故障现象9#罐上位机液位无显示全部液位数据无变化12#罐液位显示虚假液位20.33m袁超过罐高雷达液位系统全部不显示数据10#罐上位机液位无显示2013耀2017年袁液位计故障率逐年上升渊图

图2

液位计故障次数统计结果

液位计故障情况汇总

发生时间1月9日故障类型数据传输故障一次表损坏袁设备硬件故障数据传输故障液位误差故障数据传输故障FCU通道故障液位误差故障数据传输故障液位误差故障数据传输故障液位误差故障液位误差故障数据传输故障数据传输故障雷达通信板损坏袁设备硬件故障液位误差故障4#罐雷达现场一次表无数据显示1月16日1月27日2月9日2月21日2月23日3月2日3月28日4月10日5月27日6月20日6月27日8月9日9月18日10月16日11月3日11#罐罐顶反射板少了一块渊刮风所致冤11#罐雷达不显示袁罐上发射板损坏4#罐液位数据异常袁上罐量油误差28cm9#罐液位计跳尺袁间歇无显示9#罐液位计显示虚高6#罐雷达故障3#罐上位机液位无显示盘库验证袁4#尧9#罐液位误差大盘库验证袁3#尧9#尧12#罐液位误差大盘库验证袁3#尧4#尧12#罐液位误差大对2017年液位计现场故障情况进行进一步

表2

序号1234故障类型数据传输故障液位误差故障设备硬件故障其他7621归纳整理袁统计结果见表2遥

液位计故障统计结果

累积频数/次7故障频率/%43.7537.5012.506.25故障累积频率/%43.7581.25100.0093.75频数/次131516由表2可以看出袁2017年袁该站液位计出现故障共计16次袁其中因雷达头通信板烧坏尧线路

接头损伤等造成的雷达数据传输故障多达7次袁占总故障的43.75%曰液位误差故障共计6次袁占

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3故障原因分析

的确认方法和标准列于表3咱3~6暂遥

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总故障的37.50%遥因此袁数据传输故障与液位误差故障是造成液位计显示系统故障率高的主要因素遥

表3

序号1末端原因不到位对上述故障的原因进行讨论袁并将故障成因

液位计数据传输故障和液位误差故障原因确认

确认内容正确确认方法标准叶原油立式金属罐计量油量计算方法曳现场检验上罐量油操作叶大罐量油操作规程曳和GB9110要1988岗位人员技能培训上罐量油操作的熟练程度234567现场一次表失效袁无现场一次表完好显示正确袁能现场查看一次表完好袁确认现场一次表完好袁与雷达液位系统上法提供数据比对与上罐量油数据进行比对显示正确位机数据比对袁显示正确液位偏差补偿调整液位误差调整频率和效果频繁尧混乱整理数据袁综合分析结合误差调整频率和故障再发生频率袁确认修改方法是否需要改进年限与故障的关系综合分析系统回波雷达设备老化袁系统设备运行时间与故障间的联综合5年数据分析使用故障频次逐年上升软件需更新系软件干扰回波处理软件是否能自动过滤杂波失效限性变形非接触式雷达的局与导波管雷达故障比对干扰回波与杂波在幅值门限值以下袁不影响正确回波读取的计算分析2013年叶雷达故障非接触式雷达与导波管雷达故障率对比调查表曳达安装指南袁利用金属反射板进行液位测量的要求更换电缆后故障量下降更换电源柜后故障量下降拆解有维修记录的故障雷达头袁检查是否因冷凝水引起故障雷达波反射板腐蚀检查故障雷达罐顶反射板袁要现场确认反射板是否平叶罗斯蒙特液位测量产品手册曳非接触式雷求光滑平整不影响雷达回波整完好反射10上罐电缆老化供电电压不稳是否有因线缆老化导致的故现场检查袁综合分析障是否有因压力不稳定导致的现场检查袁综合分析故障现场验证袁综合分析拆解维修过的雷达故障雷达头内是否有冷凝水头密封不严表3所列10个末端原因中袁岗位人员技能培训不到位尧现场一次表失效尧无法提供数据比对尧雷达设备老化尧系统软件需更新尧非接触式雷达的局限性尧上罐电缆老化尧拆解维修过的雷达头密封不严不是主要原因遥液位计故障的主要原因有3个袁分别是院液位偏差补偿调整频繁尧混乱袁软件干扰回波处理失效袁雷达波反射板腐蚀变形遥

3.1液位偏差补偿调整频繁尧混乱

运行班组每月逢10尧20尧30日对静态罐进行上罐量油盘库袁在每次盘库后袁站队技术人员会对误差较大尧影响油位计算的液位进行偏差补偿值修改袁一般采取修改以回波从雷达头发射到罐底的数值为基准的参考距离袁按照上罐量油数据

修正显示液位的方式实现遥2017年盘库液位误差记录见表4遥

的始终是经常修改误差的3#尧4#尧9#尧12#罐袁偏差

盘库时对当时的静态显示液位进行罐高的综合分析表4数据袁发现出现液位误差故障

值见表5遥

野参考液位冶修改袁使之与人工量油所得数据显示

一致袁此种方法其实并不妥当遥由于不同液位下液位计的测量误差不是定值袁以一次盘库结果修改罐的整体高度袁无法从根本上消除实际油位与液位计显示油位的误差咱7暂遥这就是修改过液位的油罐会一再发生液位误差故障的原因遥因此袁要降低雷达液位系统液位显示误差袁必须采取更合理的调整方法遥

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化工自动化及仪表表4

盘库时的液位误差记录

发生时间2月9日3月2日误差/m12#罐5.983#罐0.21#2020年

序号12涉及误差油罐与故障现象12#罐液位显示虚假液位20.33m曰处理方法杂波干扰袁雷达初始化后显示正常数据修改液位偏差补偿值袁按照人工上罐量油数据修正显示液位实际罐高19.33m袁液位14.35m盘库验证袁3#尧4#尧12#罐液位误差大3盘库验证袁3#尧9#尧12#罐液位误差大4月10日12罐0.149#罐0.094#罐0.144#罐0.2#罐0.113#罐0.1#罐0.10456盘库验证袁4#尧9#罐液位误差大4#罐液位数据异常袁上罐量油误差28cm9#罐雷达液位计显示虚高12#罐0.176月20日9#罐0.196月27日11月3日表5

故障发生日期3月2日常修改误差罐液位误差故障偏差值记录

3#罐0.210.16---4#罐0.100.140.28--9#罐0.090.190.11--12#罐0.140.17---m

4月10日6月20日6月27日11月3日3.2软件干扰回波处理失效

当雷达液位显示虚高或者错误液位时袁可以在上位机系统找到该雷达头的波形袁越过蓝线以上的杂乱曲线就是杂波与错误信号咱8暂渊图3冤遥

雷达液位系统利用软件可以实现干扰回波

跟踪和滤波6种高级功能遥罗斯蒙特雷达液位计采用调频连续波渊FMCW冤原理袁比时间脉冲原理精度可以达到依5mm遥而在使用过程中袁存在各种渊PTOF冤的仪表可靠性高袁处理干扰回波能力强袁高温尧腐蚀等对液位测量的不利因素袁导致仪表故障率高尧使用周期短尧信号变弱及出现杂波等

处理尧底波处理尧空罐处理尧满罐处理尧表面回波

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图3上位机系统雷达头波形

个反射板进行回波反射袁叶罗斯蒙特液位测量产品手册曳野非接触式雷达安装指南冶中对进行液位测量的金属反射板的选择与安装渊图4冤提出了具体要求咱10耀12暂遥

现象袁需人工干预修改幅值门限值袁并清理杂3.3雷达波反射板腐蚀变形

雷达液位测量应用在浮顶罐时必须使用一波咱9暂遥

图4液位测量金属反射板的安装示意图

上罐对反射错误信号的雷达头尧反射板和线缆进行故障原因排除遥分析得出反射板发生腐蚀变形的雷达液位显示都不同程度地出现液位误差故障和数据传输故障遥

如图5所示袁变形严重的反射板板面弯曲袁甚至无法测得其水平倾斜度袁不符合产品手册中关于金属反射板的安装要求袁需要更换掉变形的雷达波反射板遥

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图5

4整改措施

4.1优化系统液位误差调整方式

场站实际安装反射板面变形情况

同时袁对岗位进行上罐量油操作的调度工做出如下要求院

a.每月10尧20尧30日对静态罐进行上罐量油盘库袁严格遵守大罐量油操作规程袁遵循计量油量的计算方法袁量油数据要求将3次测量值取平均值袁务必做到量油数据准确袁具有参考价值咱15暂曰

b.对于出现误差的油罐和误差数据要及时c.修改误差值操作由专门的技术人员经过数据分析比对后才能进行袁岗位人员没有修改权限遥

4.2干扰回波尧杂波手动处理

整改之前的修改方式可以简单理解为通过修改罐高修正误差袁如图6所示遥

记录袁使液位修改有据可查袁修改后能进行比对曰

图6原油罐液位显示偏差补偿修改方式

4.2.1用上位机液位显示系统软件调试回波

在雷达液位系统显示虚高尧误差大等故障发生时袁操作人员应在上罐量油并排除硬件故障之后袁应用上位机液位显示系统软件对回波进行调家技术人员指导袁针对系统消除杂波尧屏蔽错误信号步骤归纳出一套方法袁具体如下院properties属性选项渊图8a冤曰渊图8b冤曰

a.右键点击发生错误的雷达头序列号袁点击b.选择属性框的configuration组态项袁点击试咱16暂遥小组成员联系厂家软件工程人员袁结合厂

补偿修改的方式咱13暂遥笔者提出的方法是院通过分析比对一个时间段内某罐的误差袁找到平均偏差袁仅修改野校准距离冶袁即仅对显示液位进行误差调整袁将罐高的误差修正清零袁不影响标定的位咱14暂袁如图7所示遥

罐高数值袁按照上罐量油的数据修正显示液

经研究袁更改对油罐液位显示误差进行偏差

tankScan雷达扫描袁等待历史数据进度读取完毕

c.点击右键newamplitudethresholdpoint袁

在反射峰处建立新的阈值点渊图8c冤曰

d.在新阈值点处按住左键袁拉出选择框放大调整区的波形图袁进行标记点微调修正回波袁点

图7笔者提出的油罐液位显示偏差补偿修改方式

击野OK冶保存并重启该雷达渊图8d冤遥

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图8消除杂波尧屏蔽错误信号的步骤

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软件干扰回波处理失效的解决办法是修改

渊图9b冤曰

2020年

4.2.2修改幅值门限值手动干扰回波

幅值门限值袁手动干扰回波袁其具体的操作步骤如下院

properties属性选项渊图9a冤曰

a.右键点击发生错误的雷达头序列号袁点击b.选择属性框的configuration组态项袁点击

tankScan雷达扫描袁等待历史数据进度读取完毕

c.干扰回波在门限值以内袁用户定义干扰门d.在平静条件下袁设置门限值约为表面回波幅值的20%袁以过滤尧去除掉较弱的干扰回波渊图9d冤遥

限值袁过滤掉弱的干扰回波渊图9c冤曰

图9

4.3修复或更换变形的反射板

修改幅值门限值手动干扰回波的步骤

之能正确进行雷达波的发射遥

整改措施实施后袁确保了测量信号反射的通畅和正确传输袁雷达液位终端能够正常获取数据遥该方法成本低廉袁而且信号反射强曰但是袁相较原产品铝制信号板袁使用周期更短袁而且容易变形遥5实施效果

2018年9月至2019年2月袁再次统计现场

对于雷达波反射板发生腐蚀变形的情况袁采用以下方式修复或更换院

a.咨询产品厂家袁该反射板已属淘汰产品袁无法提供新品更换曰

b.咨询某公司技术人员袁对方采用304不锈1.2m袁用两块钢板焊接袁再切割成2m伊1m的钢射板的安装要求咱17暂曰

板袁但是焊接后的钢板弧度大袁无法达到金属反

c.在优选材料的过程中袁自站内废旧物品中钢制作反射板袁所采购304不锈钢板为1.2m伊

雷达液位显示系统的故障情况袁详见表6遥可以看出袁雷达液位显示系统在维修前每月的平均故障率在1.33%袁维修后降低到0.50%袁故障率显著降低遥

选取两块2m伊1m的白板组合袁通过水平设置使

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表6

整改后液位显示系统故障统计结果

故障现象发生时间故障类型10#罐雷达液位计因施2018年10月3日设备硬件故障工断电5#罐雷达液位计故障袁无法显示液位2018年11月3日表1#罐雷达液位计一次无显示2018年11月28日5.1经济效益

整改措施实施后袁减少了雷达过程液位和信号传输故障发生的次数遥由于该系统厂家指定维修人员常驻外市袁一些故障需要指定维修人员解决200袁按一元次往返路费200元计算袁可150150元计算现伊节约费用为场13维次元袁修次=2600元遥

工作数量减少折遥劳务支出按每人每天

在数伊2人月伊时13间次合劳务支出费用节约了里=3900袁共参元与维遥

修10套罐的雷达

系统维护袁解决故障12次袁避免了出现故障后雷达头的频繁更换遥通信板厂家报价每块4万元袁雷达总成每只7万元渊厂家雷达头通信板不单卖袁添置备件只能买一只总成雷达头冤袁可节约费用40万元耀70万元遥

维修2块雷达波反射板袁铝皮反射板厂家报价每块2万元遥小组使用站内修旧利废的白板4块替代损件袁共节约费用4万元遥

投入的一台RTU控制系统电源柜价值3万元曰维修通信板费用30元伊10个=300元遥

综上所述袁此次维修更换液位计显示系统袁节约费用达到了41.62万元耀71.62万元遥5.2因为2017社会尧处理液位计显年安全袁该与站技术年示混效系统油益

外故输障量中383断原万吨油输袁没送有

工作袁有力地配合了原油输送任务的完成袁产生了积极的社会效益遥

本次整改袁有效降低了液位计显示系统故障发生的频率袁确保该站原油输送工作的安全平稳开展曰同时保证了雷达液位系统的完好使用袁避免员工爬罐量油带来的安全风险隐患遥

通过此次整改袁对液位计的技术特性有了更进一步的认识袁为今后的日常检维修工作提供了技术保障遥

6建议

为了保障液位计显示系统的精准运行袁提出以下建议院

a.制定叶雷达液位计维护与保养操作规程曳袁对该项制度进行贯彻袁纳入叶油库维修工岗位职责曳袁要求维修班进行定期维护保养曰

叶b.严格检查工作袁将液位计的日常管理纳入

雨运雪行袁班确认组数据交接正确班制曰

度曳袁要求运行班组及时清理c.要求调度工严格遵守叶大罐量油操作规程曳袁遵循计量油量计算方法袁对出现的误差进行及时计量袁将站队野逢十盘库冶要求细则纳入叶调度工岗位职责曳遥7结束语

在某库袁通过对罗斯蒙特雷达液位计显示系统故障进行现场调查袁发现其故障原因主要有液位偏差补偿调整频繁尧混乱袁软件干扰回波处理失效和雷达波反射板腐蚀变形3类袁进行相应的整改措施后袁经济效益尧社会效益尧安全效益与技术效益都得到了显著提高袁为日常检维修工作提供了技术保障遥

参

考文献

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咱J暂.伊油袁气王井学测敏试袁等袁2010.雷达袁19液位计渊2冤院60在耀罐区61袁78.检测咱5暂

陈油亮田袁的王永应用实庆袁房践玉咱专J暂.袁石等油.雷化工达液位计建设在袁2018伊拉袁克40南渊1部冤院咱6暂85张耀化工文87.

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袁

渊2冤院68耀71.

渊下转第87页冤

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咱3暂咱4暂咱5暂咱6暂咱7暂咱8暂咱9暂咱10暂

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员遵照执行袁并按时做好检修保养记录遥4结束语

对Hitewell电动执行器进行了为期两个月的整改效果检查袁采取整改措施后袁电动执行器限位丢失故障只发生了1次袁机油泄漏故障再未发生遥此次改造袁降低了电动执行器的故障率袁延长了电动执行器配件的使用寿命袁节约了维修成本曰消除了安全隐患袁避免了事故带来的直接或间接的经济损失袁降低了操作工的劳动强度袁保证了输油生产的稳定运行袁保障实现了全年安全生产遥

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