카스피안 석유 터미널 사건: 26 GHz 폭발 방지 레이더로 원유 탱크 레벨 측정

원유 저장 탱크는 재고 관리와 과충전 방지라는 두 가지 작업을 수행하기 위해 하나의 레벨 측정을 요구합니다. 이 사례 연구는 낮은 유전 상수(일반적으로 물 함량 및 온도에 따라 약 2-4)를 가지며 분류된 위험 구역의 탄화수소 증기 공간 아래에 있는 탱크 농장의 원유 탱크에 대한 의사 결정 분석을 제시합니다. 낮은 유전체 표면에서의 에코가 약하고, 채워진 후 유화물과 거품이 표면을 덮을 수 있으며, 가열된 원유가 증기와 안개를 생성하기 때문에 측정은 어렵습니다. 이전 서보 레벨 게이지는 기계적으로 고장 나 잦은 유지보수가 필요했으며, 수동 측정은 연속 데이터를 제공할 수 없고 작업자를 VOC 배출에 노출시켰습니다. 서보 재구축, 유도 파동 레이더, 비접촉 26GHz 펄스 레이더의 세 가지 교체 옵션을 비교하며, 세 번째 옵션이 선택된 이유, 구성 방법, 작업자에게 어떤 변화가 있었는지 설명합니다.

고객 프로필: 카스피안 석유 터미널 LLP (카자흐스탄 아티라우)

카스피안 석유 터미널 LLP는 카자흐스탄 아티라우에서 원유 저장 및 환적 터미널을 운영하며, 유전 파이프라인에서 원유를 받아 철도 및 수출 경로로 발송합니다. 터미널의 탱크 농장은 고정 지붕 탱크와 내부 부유 지붕 탱크를 혼합하여 운영하며, 운영팀은 재고 조정 및 과충전 방지를 위해 신뢰할 수 있는 레벨 데이터에 의존합니다.

2. 임무: 하나의 측정, 두 가지 작업

원유 탱크는 하나의 레벨 측정으로 두 가지 작업을 수행해야 합니다. 재고 관리의 경우, 레벨은 탱크 스트래핑 테이블을 통해 부피로 변환되어 입고 및 출고와 조정됩니다. 이는 느리고 허용적인 작업입니다. 과충전 방지의 경우, 동일한 레벨이 매일 매시간 신뢰할 수 있어야 하는 고고 경보를 공급합니다. 이는 빠르고 용납할 수 없는 작업입니다. 탱크는 대구경이며 대기압이고, 원유 위에는 탄화수소 증기 공간이 있으며 지붕에는 분류된 위험 구역이 있습니다. 중질 원유는 가열될 수 있으므로 증기 공간은 따뜻하고 안개가 낄 수 있습니다. 채우기 시작 및 중지 시점을 제외하고는 레벨이 천천히 변하므로 측정 속도는 필요하지 않습니다. 안정성, 가용성 및 신뢰성이 필요합니다.

3. 물리적 문제: 낮은 유전체 표면에서의 약한 에코

원유는 유전 상수가 약 2-4에 불과하기 때문에 입사 레이더파의 작은 부분만 반사합니다. 에코가 약하며, 표면을 방해하는 모든 것(유화물, 거품, 채우기로 인한 파동)은 에코를 더욱 약화시키거나 이동시킵니다. 가열된 탱크에서는 증기와 안개가 안테나와 표면 사이에 있습니다. 따라서 계기는 충분한 송신 에너지, 적절한 주파수 및 안테나, 그리고 노이즈로부터 실제 표면 에코를 구별할 수 있는 신호 처리 전략이 필요합니다. 동일한 물리 법칙이 일부 기술이 이곳에서 잘 작동하지 않았던 이유를 설명합니다. 음향 반사(초음파)에 의존하거나 표면 접촉(서보 플로트)에 의존하는 것은 더 나쁜 도구로 동일한 환경과 싸웁니다.

4. 서보 게이지가 계속 고장난 이유

서보 게이지는 측정 와이어에 변위 플로트를 내려 표면에서 와이어 장력이 변할 때까지 작동했습니다. 원리는 타당하지만 메커니즘은 그렇지 않습니다. 와이어 드럼, 모터 및 엔코더는 마모되는 기계 부품이며, 플로트는 왁스 또는 유화물로 덮인 원유에 달라붙고, 모든 고장은 탱크를 올라가야 하고 종종 게이지 해치를 열어야 함을 의미했습니다. 이는 현장에서 피하고 싶었던 노출이었습니다. 보정은 방문 사이에 드리프트했으며, 판독값은 마지막 유지보수 개입만큼만 좋았습니다. 수동 측정은 여전히 ​​대체 수단으로 남아 있었습니다. 스냅샷으로는 정확했지만 간헐적이고 VOC를 배출하며 연속 경보 루프를 공급할 수 없었습니다. 현장에서는 탱크 내부에는 센싱 요소 자체만 있는 전자 측정 장치가 필요했습니다.

5. 세 가지 옵션

프로젝트 팀은 세 가지 경로를 비교했으며, 그 이유는 다음과 같습니다.

비접촉 레이더는 근본적으로 고장 모드를 제거했기 때문에 선택되었습니다. 움직이는 부품이 없고, 손상될 내부 프로브가 없으며, 탱크 내부 유지보수 접근이 필요 없습니다.

이 애플리케이션에 권장되는 Qinwei Instruments

7. 80GHz보다 26GHz 펄스가 선택된 이유

주파수 결정은 엔지니어링 판단이 드러나는 부분입니다. 80GHz 레이더는 더 좁은 빔과 더 나은 해상도를 제공하지만, 이 서비스에서는 두 가지 이유로 26GHz가 선호되었습니다. 첫째, 낮은 주파수는 증기와 안개에 의한 감쇠가 적습니다. 이는 가열되거나 습한 탱크에서 관련이 있습니다. 둘째, 대구경 탱크에서는 26GHz의 더 넓은 빔이 단점이 되지 않습니다. 더 넓은 영역을 평균화하여 파동이 있거나 기울어진 원유 표면에서 판독값을 안정화합니다. 26GHz 펄스 기술은 탱크 농장 측정에서 길고 문서화된 실적을 가지고 있으며, 이는 측정값이 재고 관리에 사용될 때 중요합니다. 탱크 상단의 방폭 인증은 필수적이므로 Ex 등급 하우징이 사양에 포함되었습니다. 탱크에 스틸링 웰이 있는 경우 PTFE 드롭인 안테나가 사용됩니다. 스틸링 웰 내부에서는 신호가 금속 파이프 내에서 전파되어 빔을 집중시키고 표면 파동으로부터 보호합니다. PTFE 드롭인은 웰 내부의 베어 메탈 혼이 파이프 벽에서 2차 반사를 일으킬 수 있기 때문입니다.

8. 구성: 안테나에서 스트래핑 테이블까지

레이더는 탱크 바닥을 기준으로 레벨이 측정되도록 구성되었습니다. 탱크 높이와 노즐 오프셋이 입력되었고, 4-20mA는 작동 범위에 걸쳐 스케일링되었으며, 원격 진단 및 재범위 설정을 위해 HART가 활성화되었습니다. 원유는 낮은 유전체 매체이므로, 에코 임계값은 낮은 유전체 액체에 대해 설정되었습니다. 이 설정은 물 탱크 설치에서 복사하면 안 됩니다. 임계값은 약한 원유 에코를 잡을 만큼 낮아야 하지만 노이즈를 거부할 만큼 높아야 합니다. 이 균형은 기본값이 아닌 시운전 시의 판단입니다. 고고 경보는 탱크 가장자리 아래에 현장의 과충전 절차에 따라 설정되었으며, 에코 손실 시 출력 방향이 경보 상태로 향하도록 페일 세이프 방향이 설정되었습니다. 레벨에서 부피로의 변환은 스트래핑 테이블을 사용하여 탱크 계량 시스템에서 수행되었으며, 송신기에서는 수행되지 않았습니다. 송신기는 거리를 측정하고, 시스템은 이를 배럴로 변환합니다.

9. 지붕 작업: 설치 및 안전

탱크 지붕에 설치하는 것은 측정보다 위험 구역에 의해 먼저 결정됩니다. 계기는 안테나가 노즐 하단 아래에 오도록 기존 지붕 노즐에 장착되었습니다. 내부 부유 지붕 탱크에서는 부유 지붕 이동 및 지붕 다리 영역과 설치가 조정되었습니다. 안테나는 채움 입구에서 멀리 떨어뜨려 놓았습니다. 탱크 바닥에는 서지 보호 장치가 장착되었습니다. 개방된 지면에 있는 높은 강철 구조물에서는 번개로 인한 서지가 액세서리가 아닌 실제 신뢰성 요소입니다. 정션 박스까지의 케이블 경로는 기계적으로 보호되었으며, 모든 작업은 현장의 핫 워크 및 밀폐 공간 허가 절차를 따랐습니다.

10. 딥 테이프에 대한 시운전

시운전은 빈 탱크 에코 조사를 통해 시작되어 송신기가 노즐, 지붕 구조물 및 내부 부속품의 고정 에코를 학습했습니다. 이러한 대상에 대해 거짓 에코 억제 기능이 적용되었습니다. 탱크 높이, 오프셋, 스케일링 및 경보 임계값이 입력되었고, 루프를 분리하여 페일 세이프 방향을 테스트했습니다. 그런 다음 레이더 판독값을 여러 레벨에서 수동 측정과 비교했습니다. 원유의 경우, 표면 상태에 따라 약 +/- 5 ~ +/- 10mm의 일치율이 현실적이며, 실제 편차가 기록되었습니다. HART 태그 및 주소는 탱크 계량 데이터베이스와 일치하도록 설정되었으며, 탱크가 서비스에 복귀하기 전에 스트래핑 테이블과 비교하여 부피 변환을 확인했습니다.

Qinwei Instruments를 선택하는 이유

Xi'an Qinwei Instrument Factory (브랜드 QINWEIYB)는 2010년에 설립된 산업 자동화 계측기 전문 제조업체로, 500-800명의 직원을 보유하고 있으며 생산량의 50%-60%를 전 세계에 수출합니다. 탱크 농장 서비스의 경우, Qinwei는 4-20mA 및 HART 출력, 왁스 원유용 자체 세척 안테나 옵션, 스트래핑 테이블 통합을 위한 구성 지원을 갖춘 방폭 레이더 레벨 게이지를 공급합니다. 모든 계측기는 추적 가능한 인증서와 함께 공장 보정되며, MOQ는 1세트부터 시작하고, 배송은 5-8 영업일이며, OEM/ODM 맞춤 제작을 지원합니다.

12. 작업자에게 무엇이 바뀌었나

작업자들은 디스플레이를 알아차리기 전에 일상 업무의 변화를 알아차렸습니다. 움직이는 부품이 없었기 때문에 서보 게이지의 기계적 고장이 중단되었습니다. 수동 측정은 일상적인 필요 대신 예약된 검증이 되어 VOC 노출을 줄였습니다. 고고 경보는 스냅샷 대신 연속 측정으로 뒷받침되었습니다. 제어실은 탱크 계량 시스템, DCS 및 경보 로직이 일관되게 사용하는 레벨 신호를 얻었습니다. 현장별 수치는 제공되지 않았습니다. 운영 결과는 측정이 지속적으로 가능해졌고 탱크에 더 이상 기계적 주의가 필요하지 않다는 것입니다.

13. 탱크 농장 측면에서의 가치 및 패턴 반복되는 곳

탱크 농장의 경우, 가치는 안전(지속적이고 방폭적인 측정과 테스트된 페일 세이프 방향), 운영(입고 및 출고의 더 나은 일정 관리, 지붕 등반 감소, 서보 유지보수 주기 없음), 데이터 품질(HART 진단 및 에코 곡선을 통해 계측기 엔지니어가 원격으로 측정값을 확인할 수 있음)으로 나타납니다. 동일한 구성이 대기압 저장 탱크의 원유, 연료유, 디젤 및 가솔린, 그리고 정유 공장 공급 및 제품 탱크에도 적용됩니다. 가압 또는 액화 가스 저장의 경우 선택 로직이 변경됩니다. 다른 안테나, 다른 인증, 잠재적으로 유도 파동이 사용될 수 있으며 별도로 평가해야 합니다. 탱크 농장 레이더 견적 요청 시 탱크 유형 및 높이, 지붕 노즐 크기, 제품 및 일반 온도, 가변적인 경우 물 함량, 지역 분류를 제공해야 합니다. 이는 주파수, 안테나 및 Ex 등급을 결정합니다.