Vụ án Trạm Dầu Khí Caspian: Đo Mức Dầu Thô Bằng Radar Chống Cháy Nổ 26 GHz

Các bể chứa dầu thô yêu cầu một phép đo mức để thực hiện hai nhiệm vụ: kiểm kê và bảo vệ chống tràn. Nghiên cứu tình huống này trình bày một phân tích quyết định cho một bể dầu thô tại một trang trại bể, nơi môi trường có hằng số điện môi thấp (thường khoảng 2-4, tùy thuộc vào lượng nước và nhiệt độ) và nằm dưới không gian hơi hydrocarbon trong khu vực nguy hiểm được phân loại. Việc đo lường rất khó khăn vì tín hiệu phản xạ từ bề mặt có điện môi thấp yếu, nhũ tương và bọt có thể che phủ bề mặt sau khi đổ đầy, và dầu thô được làm nóng tạo ra hơi và sương mù. Đồng hồ đo mức servo trước đây đã bị hỏng cơ khí và yêu cầu bảo trì thường xuyên, trong khi việc đo thủ công không thể cung cấp dữ liệu liên tục và khiến người vận hành tiếp xúc với khí thải VOC. Ba tùy chọn thay thế được so sánh - sửa chữa servo, radar sóng dẫn và radar xung 26 GHz không tiếp xúc - và bài báo giải thích tại sao tùy chọn thứ ba thắng, cách nó được cấu hình và những gì đã thay đổi đối với người vận hành.

Hồ sơ khách hàng: Caspian Petroleum Terminal LLP (Atyrau, Kazakhstan)

Caspian Petroleum Terminal LLP vận hành một nhà ga lưu trữ và trung chuyển dầu thô tại Atyrau, Kazakhstan, tiếp nhận dầu thô từ các đường ống của mỏ và vận chuyển bằng đường sắt và tuyến xuất khẩu. Trang trại bể của nhà ga vận hành hỗn hợp các bể mái cố định và mái nổi bên trong, và đội ngũ vận hành của họ phụ thuộc vào dữ liệu mức đáng tin cậy cho cả việc đối chiếu kiểm kê và bảo vệ chống tràn.

2. Nhiệm vụ: Một phép đo, hai công việc

Bể dầu thô phải thực hiện hai việc với một lần đọc mức. Đối với kiểm kê, mức được chuyển đổi thành thể tích thông qua bảng hiệu chuẩn của bể và đối chiếu với các lần nhận và xuất - một nhiệm vụ chậm, dễ dàng. Đối với bảo vệ chống tràn, cùng một mức sẽ kích hoạt cảnh báo cao-cao phải đáng tin cậy mọi giờ trong ngày - một nhiệm vụ nhanh chóng, không khoan nhượng. Bể có đường kính lớn và hoạt động ở áp suất khí quyển, với không gian hơi hydrocarbon phía trên dầu thô và khu vực nguy hiểm được phân loại trên mái. Dầu thô nặng có thể được làm nóng, vì vậy không gian hơi có thể ấm và có sương mù. Mức thay đổi chậm trừ khi bắt đầu và dừng đổ đầy, điều này có nghĩa là phép đo không cần tốc độ - nó cần sự ổn định, khả dụng và tin cậy.

3. Vấn đề vật lý: Tín hiệu phản xạ yếu từ bề mặt có điện môi thấp

Dầu thô chỉ phản xạ một phần nhỏ sóng radar tới vì hằng số điện môi của nó chỉ khoảng 2-4. Tín hiệu phản xạ yếu, và bất cứ thứ gì làm xáo trộn bề mặt - nhũ tương, bọt, sóng do đổ đầy - làm suy yếu hoặc dịch chuyển nó xa hơn. Trong bể được làm nóng, hơi và sương mù nằm giữa ăng-ten và bề mặt. Do đó, thiết bị cần đủ năng lượng phát, tần số và ăng-ten phù hợp, và một chiến lược xử lý tín hiệu có thể phân biệt tín hiệu phản xạ bề mặt thực sự với nhiễu. Cùng một nguyên lý vật lý giải thích tại sao một số công nghệ chưa bao giờ hoạt động tốt ở đây: bất cứ thứ gì dựa vào phản xạ âm thanh (siêu âm) hoặc tiếp xúc với bề mặt (phao servo) đều phải đối mặt với môi trường tương tự với các công cụ kém hơn.

4. Tại sao đồng hồ đo servo liên tục bị hỏng

Đồng hồ đo servo hạ một phao dịch chuyển trên một sợi dây đo cho đến khi sức căng của dây thay đổi ở bề mặt. Nguyên lý là đúng; cơ chế thì không. Trống dây, động cơ và bộ mã hóa là các bộ phận cơ khí bị mòn, phao bị kẹt trong dầu thô sáp hoặc có nhũ tương, và mọi lỗi đều có nghĩa là phải leo lên bể và thường xuyên mở nắp đồng hồ đo - chính là sự phơi nhiễm mà địa điểm muốn tránh. Việc hiệu chuẩn bị lệch giữa các lần ghé thăm, và số đọc chỉ tốt bằng lần bảo trì cuối cùng. Việc đo thủ công vẫn là phương án dự phòng: chính xác như một ảnh chụp nhanh, nhưng không liên tục, gây phơi nhiễm VOC và không thể cung cấp vòng lặp cảnh báo liên tục. Địa điểm cần một phép đo điện tử mà không có gì bên trong bể ngoại trừ chính bộ phận cảm biến.

5. Ba tùy chọn trên bàn

Đội dự án đã so sánh ba phương án, và việc so sánh này đáng để tái hiện vì nó cho thấy lý do:

Radar không tiếp xúc đã thắng vì nó loại bỏ các chế độ hỏng hóc từ gốc rễ: không có bộ phận chuyển động, không có đầu dò bên trong để làm hỏng, không cần truy cập bảo trì bên trong bể.

Qinwei Instruments được đề xuất cho ứng dụng này

7. Tại sao radar xung 26 GHz thắng radar 80 GHz

Quyết định về tần số là nơi thể hiện sự phán đoán kỹ thuật. Radar 80 GHz cung cấp chùm tia hẹp hơn và độ phân giải tốt hơn, nhưng trong dịch vụ này, hai lập luận đã ủng hộ 26 GHz. Thứ nhất, tần số thấp hơn bị suy giảm ít hơn bởi hơi và sương mù - có liên quan trong các bể được làm nóng hoặc ẩm. Thứ hai, trên bể có đường kính lớn, chùm tia rộng hơn của 26 GHz không phải là bất lợi: nó trung bình hóa bề mặt trên một diện tích lớn hơn, điều này thực sự ổn định số đọc trên bề mặt dầu thô gợn sóng hoặc nghiêng. Công nghệ xung 26 GHz cũng có một lịch sử lâu dài, được ghi chép trong việc đo lường trang trại bể, điều này quan trọng khi phép đo cung cấp dữ liệu kiểm kê gần với giao dịch. Chứng nhận chống cháy nổ là không thể thương lượng trên đỉnh bể, vì vậy đã chỉ định vỏ bọc Ex. Khi bể có ống ổn định, ăng-ten PTFE thả vào được sử dụng. Bên trong ống ổn định, tín hiệu truyền đi trong một ống kim loại, tập trung chùm tia và che chắn nó khỏi sóng bề mặt; ăng-ten PTFE thả vào được sử dụng vì một ăng-ten kim loại trần bên trong ống sẽ tạo ra phản xạ thứ cấp ở thành ống.

8. Cấu hình: Từ ăng-ten đến bảng hiệu chuẩn

Radar được cấu hình cho mức tham chiếu với đáy bể: chiều cao bể và độ lệch vòi phun được nhập, 4-20 mA được chia tỷ lệ trên phạm vi hoạt động, HART được kích hoạt để chẩn đoán từ xa và đặt lại phạm vi. Vì dầu thô là môi trường có điện môi thấp, ngưỡng tín hiệu phản xạ được đặt cho chất lỏng có điện môi thấp - một cài đặt không được sao chép từ cài đặt bể nước. Ngưỡng phải đủ thấp để bắt tín hiệu phản xạ dầu thô yếu nhưng đủ cao để loại bỏ nhiễu; sự cân bằng đó là một phán đoán khi vận hành, không phải là mặc định. Cảnh báo cao-cao được đặt dưới vành bể theo quy trình chống tràn của địa điểm, và hướng an toàn được đặt sao cho tín hiệu phản xạ bị mất sẽ đẩy đầu ra về trạng thái cảnh báo. Chuyển đổi thể tích từ mức được thực hiện trong hệ thống đo lường bể bằng bảng hiệu chuẩn, không phải trong bộ truyền - bộ truyền đo khoảng cách; hệ thống biến nó thành thùng.

9. Công việc trên mái: Lắp đặt và An toàn

Việc lắp đặt trên mái bể được điều chỉnh bởi khu vực nguy hiểm trước khi được điều chỉnh bởi phép đo. Thiết bị được lắp đặt trên vòi phun mái hiện có với ăng-ten bên dưới đáy vòi phun; trên bể mái nổi bên trong, việc lắp đặt được phối hợp với chuyển động của mái nổi và khu vực chân mái. Ăng-ten được giữ cách xa cửa nạp. Thiết bị chống đột biến được lắp đặt ở chân bể - trên cấu trúc thép cao trên mặt đất trống, đột biến do sét đánh là một yếu tố độ tin cậy thực sự, không phải là phụ kiện. Đường dây cáp đến hộp nối được bảo vệ cơ khí, và tất cả công việc đều tuân thủ giấy phép làm việc nóng và không gian hạn chế của địa điểm.

10. Vận hành thử so với thước đo thủ công

Việc vận hành thử bắt đầu bằng khảo sát tín hiệu phản xạ bể trống để bộ truyền học các tín hiệu phản xạ cố định từ vòi phun, cấu trúc mái và các phụ kiện bên trong; chức năng loại bỏ tín hiệu phản xạ giả được áp dụng cho các mục tiêu đó. Chiều cao bể, độ lệch, tỷ lệ và ngưỡng cảnh báo đã được nhập, và hướng an toàn đã được kiểm tra bằng cách ngắt kết nối vòng lặp. Sau đó, số đọc radar được so sánh với phép đo thủ công ở nhiều mức khác nhau. Đối với dầu thô, sai số trong khoảng +/-5 đến +/-10 mm là thực tế tùy thuộc vào điều kiện bề mặt, và sai lệch thực tế đã được ghi lại. Thẻ và địa chỉ HART được đặt để khớp với cơ sở dữ liệu đo lường bể, và việc chuyển đổi thể tích đã được xác minh với bảng hiệu chuẩn trước khi bể được đưa trở lại hoạt động.

Tại sao chọn Qinwei Instruments

Xi'an Qinwei Instrument Factory (thương hiệu QINWEIYB) là nhà sản xuất được thành lập vào năm 2010 chuyên về các thiết bị tự động hóa công nghiệp, với 500-800 nhân viên và 50%-60% sản lượng xuất khẩu trên toàn thế giới. Đối với dịch vụ trang trại bể, Qinwei cung cấp đồng hồ đo mức radar chống cháy nổ với đầu ra 4-20 mA và HART, các tùy chọn ăng-ten tự làm sạch cho dầu thô có sáp và hỗ trợ cấu hình để tích hợp bảng hiệu chuẩn. Tất cả các thiết bị đều được hiệu chuẩn tại nhà máy với chứng chỉ có thể truy xuất nguồn gốc; MOQ bắt đầu từ 1 bộ, thời gian giao hàng là 5-8 ngày làm việc và hỗ trợ tùy chỉnh OEM/ODM.

12. Những gì đã thay đổi đối với người vận hành

Người vận hành nhận thấy sự thay đổi trong thói quen của họ trước khi họ nhận thấy màn hình hiển thị. Các lỗi cơ khí của đồng hồ đo servo đã dừng lại vì không có bộ phận chuyển động. Việc đo thủ công trở thành một lần xác minh theo lịch trình thay vì một sự cần thiết thường xuyên, giảm tiếp xúc với VOC. Cảnh báo cao-cao được hỗ trợ bởi phép đo liên tục thay vì ảnh chụp nhanh. Phòng điều khiển có tín hiệu mức mà hệ thống đo lường bể, DCS và logic cảnh báo đều sử dụng nhất quán. Các số liệu cụ thể của địa điểm không được cung cấp; kết quả hoạt động là phép đo trở nên khả dụng liên tục và bể không còn yêu cầu bảo trì cơ khí.

13. Giá trị theo thuật ngữ trang trại bể, và nơi mô hình lặp lại

Đối với một trang trại bể, giá trị thể hiện ở sự an toàn (phép đo liên tục, chống cháy nổ với hướng an toàn đã được kiểm tra), hoạt động (lập kế hoạch tốt hơn cho việc nhận và xuất, ít lần leo lên mái hơn, không có chu kỳ bảo trì servo), và chất lượng dữ liệu (chẩn đoán HART và đường cong tín hiệu phản xạ cho phép kỹ sư thiết bị xác minh phép đo từ xa). Cấu hình tương tự áp dụng cho dầu thô, dầu nhiên liệu, diesel và xăng trong lưu trữ khí quyển, và cho các bể nạp và sản phẩm của nhà máy lọc dầu. Đối với lưu trữ khí áp suất hoặc khí hóa lỏng, logic lựa chọn thay đổi - ăng-ten khác, chứng nhận khác, có thể là sóng dẫn - và nên được đánh giá riêng. Khi yêu cầu báo giá cho radar trang trại bể, hãy cung cấp loại và chiều cao bể, kích thước vòi phun mái, sản phẩm và nhiệt độ điển hình của nó, lượng nước nếu có thể thay đổi và phân loại khu vực - những yếu tố này quyết định tần số, ăng-ten và xếp hạng Ex.