カスピアン・ペトロリーウム・ターミナル事件: 26GHz 防爆レーダーで原油タンクレベル測定

原油貯蔵タンクは、在庫管理とオーバーフィル保護という2つの目的のために、1つのレベル測定を必要とします。このケーススタディでは、誘電率が低い（通常、水分率と温度によって約2〜4）炭化水素蒸気空間の下にある貯蔵タンクファームの原油タンクの意思決定分析を示します。この測定は、低誘電率の表面からのエコーが弱く、充填後にエマルジョンや泡が表面を覆う可能性があり、加熱された原油が蒸気や霧を発生させるため困難です。以前のサーボレベルゲージは機械的に故障し、頻繁なメンテナンスが必要でしたが、手動でのディッピングは連続データを提供できず、オペレーターをVOC排出にさらしていました。サーボの修理、ガイド波レーダー、非接触26GHzパルスレーダーの3つの交換オプションを比較し、この記事では3番目のオプションが選ばれた理由、その設定方法、オペレーターに何が変わったかを説明します。

クライアントプロファイル：Caspian Petroleum Terminal LLP（カザフスタン、アティラウ）

Caspian Petroleum Terminal LLPは、カザフスタン、アティラウで原油の貯蔵および積み替えターミナルを運営しており、油田パイプラインから原油を受け取り、鉄道および輸出ルートで出荷しています。ターミナルのタンクファームは、固定屋根タンクと内部フローティングルーフタンクの両方を運用しており、その運用チームは、在庫照合とオーバーフィル保護の両方のために、信頼性の高いレベルデータに依存しています。

2. 義務：1つの測定、2つの仕事

原油タンクは、1つのレベル読み取りで2つのことを行う必要があります。在庫管理の場合、レベルはタンクのストラッピングテーブルを通じて体積に変換され、受領および出荷と照合されます。これは、遅く、許容範囲の広い義務です。オーバーフィル保護の場合、同じレベルが高高アラームに供給され、毎日毎時間信頼できる必要があります。これは、速く、許容範囲の少ない義務です。タンクは大型で大気圧であり、原油の上に炭化水素蒸気空間があり、屋根には分類された危険区域があります。重質原油は加熱される場合があるため、蒸気空間は暖かく、霧がかかっている可能性があります。充填の開始と停止を除いて、レベルはゆっくりと変化します。これは、測定に速度が必要ないことを意味します。安定性、可用性、信頼性が必要です。

3. 物理学の問題：低誘電率表面からの弱いエコー

原油の誘電率は約2〜4であるため、入射レーダー波のごく一部しか反射しません。エコーは弱く、表面を乱すもの（エマルジョン、泡、充填による波）は、それをさらに弱くしたりシフトさせたりします。加熱されたタンクでは、蒸気と霧がアンテナと表面の間にあります。したがって、機器は十分な送信エネルギー、適切な周波数とアンテナ、そして真の表面エコーをノイズから区別できる信号処理戦略を必要とします。同じ物理学が、一部の技術がここでうまく機能しなかった理由を説明しています。音響反射（超音波）に依存するものや、表面との接触（サーボフロート）に依存するものは、より悪いツールで同じ環境と戦います。

4. サーボゲージが壊れ続けた理由

サーボゲージは、ワイヤーの張力が表面で変化するまで、測定ワイヤーに沿って変位フロートを下げました。原理は健全ですが、メカニズムはそうではありません。ワイヤーリール、モーター、エンコーダーは摩耗する機械部品であり、フロートはワックス状またはエマルジョンで覆われた原油に引っかかり、すべての故障はタンクに登ることを意味し、しばしばゲージハッチを開ける必要がありました。これは、サイトが避けたい露出そのものです。キャリブレーションは訪問間でドリフトし、読み取りは最後のメンテナンス介入と同じくらいしか良くありませんでした。手動ディッピングはフォールバックとして残りました。スナップショットとしては正確ですが、断続的で、VOCを排出し、連続アラームループに供給できませんでした。サイトは、センサー要素自体以外のタンク内に何も持たない電子測定を必要としていました。

5. テーブル上の3つのオプション

プロジェクトチームは3つのパスを比較しました。その比較は、理由を示すために再現する価値があります。

非接触レーダーが選ばれたのは、根本的な故障モードを排除したからです。可動部品なし、損傷する内部プローブなし、タンク内のメンテナンスアクセスなし。

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7. 80GHzよりも26GHzパルスが選ばれた理由

周波数決定は、工学的な判断を示すところです。80GHzレーダーはより狭いビームとより良い解像度を提供しますが、このサービスでは2つの議論が26GHzを支持しました。第一に、低い周波数は蒸気や霧による減衰が少ないです。これは、加熱されたタンクや湿度の高いタンクに関連します。第二に、大口径タンクでは、26GHzのより広いビームは不利ではありません。それはより大きなフットプリントで表面を平均化し、波打ったまたは傾いた原油表面での読み取りを実際に安定させます。26GHzパルス技術は、タンクファーム測定において長年の実績があり、測定が所有権に近い在庫に供給される場合には重要です。タンク上での防爆認証は譲れません。そのため、Ex定格ハウジングが指定されました。タンクに静止井戸がある場合、PTFEドロップインアンテナが使用されます。静止井戸内では、信号は金属パイプ内で伝播し、ビームを集中させ、表面波から保護します。PTFEドロップインが使用されるのは、井戸内の裸の金属ホーンがパイプ壁で二次反射を引き起こす可能性があるためです。

8. 設定：アンテナからストラッピングテーブルまで

レーダーは、タンク底を基準としたレベルに設定されました。タンクの高さとノズルのオフセットが入力され、4-20mAは動作範囲全体にスケーリングされ、リモート診断と再スケーリングのためにHARTが有効になりました。原油は低誘電率媒体であるため、エコーしきい値は低誘電率液体用に設定されました。これは、水タンクの設置からコピーしてはならない設定です。しきい値は、弱い原油エコーを捉えるのに十分低く、ノイズを拒否するのに十分高くする必要があります。そのバランスは、デフォルトではなく、コミッショニングの判断です。高高アラームは、サイトのオーバーフィル手順に従ってタンクの縁の下に設定され、フェイルセーフ方向は、エコーの喪失が出力にアラーム状態に向かわせるように設定されました。レベルからの体積変換は、送信機ではなくタンク計量システムで行われました。送信機は距離を測定し、システムはそれをバレルに変換します。

9. 屋根作業：設置と安全

タンク屋根への設置は、測定よりも、危険区域によって支配されます。機器は既存の屋根ノズルに取り付けられ、アンテナはノズル底の下に配置されました。内部フローティングルーフタンクでは、取り付けはフローティングルーフの移動と屋根脚の領域と調整されました。アンテナは充填インレットから離して配置されました。サージ保護はタンクベースに取り付けられました。開けた地面にある背の高い鋼鉄構造物では、雷誘発サージはアクセサリーではなく、実際の信頼性要因です。ジャンクションボックスへのケーブル配線は機械的に保護され、すべての作業はサイトのホットワークおよび密閉空間許可に従って行われました。

10. ディップテープとの比較によるコミッショニング

コミッショニングは、送信機がノズル、屋根構造、内部付属品からの固定エコーを学習するための空タンクエコー調査から始まりました。これらのターゲットには偽エコー抑制が適用されました。タンクの高さ、オフセット、スケーリング、アラームしきい値が入力され、ループを切断してフェイルセーフ方向がテストされました。次に、レーダー読み取り値が、いくつかのレベルでの手動ディップと比較されました。原油では、表面状態に応じて約+/-5〜+/-10mmの範囲での合意が現実的であり、実際の偏差が記録されました。HARTタグとアドレスは、タンク計量データベースと一致するように設定され、タンクがサービスに戻される前に、体積変換がストラッピングテーブルに対して検証されました。

Qinwei Instrumentsを選ぶ理由

Xi'an Qinwei Instrument Factory（ブランドQINWEIYB）は、2010年に設立された工業用自動化機器を専門とするメーカーであり、500〜800人の従業員を擁し、生産量の50％〜60％が世界中に輸出されています。タンクファームサービス向けに、Qinweiは4-20mAおよびHART出力、ワックス状原油用のセルフクリーニングアンテナオプション、ストラッピングテーブル統合用の設定サポートを備えた防爆レーダーレベルゲージを供給しています。すべての機器は、追跡可能な証明書とともに工場で校正されています。MOQは1セットから始まり、納期は5〜8営業日、OEM/ODMカスタマイズがサポートされています。

12. オペレーターに何が変わったか

オペレーターは、ディスプレイに気づく前に、ルーチンの変化に気づきました。サーボゲージの機械的故障は、可動部品がなかったため停止しました。手動ディッピングは、日常的な必要性ではなく、スケジュールされた検証となり、VOCへの暴露を削減しました。高高アラームは、スナップショットではなく、連続測定によってバックアップされました。制御室は、タンク計量システム、DCS、アラームロジックがすべて一貫して使用するレベル信号を獲得しました。サイト固有の数値は提供されていません。運用上の結果は、測定が継続的に利用可能になり、タンクが機械的な注意を必要としなくなったことです。

13. タンクファームの観点からの価値、そしてパターンが繰り返される場所

タンクファームの場合、価値は安全性（テスト済みのフェイルセーフ方向を備えた連続的な防爆測定）、運用（受領および出荷のスケジューリングの改善、屋根の登り回数の削減、サーボメンテナンスサイクルの廃止）、およびデータ品質（HART診断とエコー曲線により、機器エンジニアは測定をリモートで検証できます）として現れます。同じ設定が、大気圧貯蔵の原油、燃料油、ディーゼル、ガソリン、および製油所の供給および製品タンクに適用されます。加圧または液化ガス貯蔵の場合、選択ロジックが変更されます。異なるアンテナ、異なる認証、場合によってはガイド波などがあり、個別に評価する必要があります。タンクファームレーダーの見積もりを依頼する際は、タンクタイプと高さ、屋根ノズルサイズ、製品とその典型的な温度、水分率（変動する場合）、およびエリア分類を提供してください。これらが周波数、アンテナ、およびEx定格を決定します。