Измерение уровня кипящих нефтепродуктов на предприятии ООО «КИНЕФ»

В статье рассматривается успешный опыт измерения уровня кипящих нефтепродуктов в вакуумной колонне с помощью волноводных радарных уровнемеров.

ООО «КИНЕФ», г. Кириши, Ленинградская обл.,
Emerson

скачать pdf >>

Уровень в технологических аппаратах является одним из основных измеряемых параметров в нефтеперерабатывающей промышленности. Надежность и достоверность его измерений 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. Их принцип действия основан на излучении микроволн, приеме микроволн, отраженных от границы раздела сред воздух–жидкость, жидкость–жидкость, и дальнейшей обработке сигнала для определения дистанции до продукта.

Почему измерение уровня кипящих продуктов раньше было проблемой

Применение волноводных и бесконтактных радарных уровнемеров позволяет решать задачи, связанные с измерением уровня многих продуктов, в широком диапазоне рабочих давлений и температур. Благодаря развитию элементной базы можно обрабатывать сигналы, отраженные от поверхности сред с диэлектрической проницаемостью от 1,2 и выше. Нередко эксплуатирующему персоналу требуется проводить анализ состояния выносной камеры и резервуара, а волноводные уровнемеры позволяют оптимально решить данную задачу.

Ограничения на применение радарной технологии были связаны с измерением уровня кипящих нефтепродуктов. Данный метод имеет ограничения по причине потери сигнала границы раздела сред воздух–жидкость и, как следствие, недостоверных показаний, ухода в режим неисправности. В качестве примера можно привести 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 6–12 кПа (абс.) в верхней части. Для снижения парциального давления в колонне в ее нижнюю часть подается перегретый водяной пар низкого давления. Использование вакуума и водяного пара позволяет отпаривать тяжелые фракции (с концом кипения до 545 °С). Измерение уровня продуктов с такими технологическими параметрами ограничивает выбор средств КИП. На рис. 1 показан график эхо-кривой работы волноводного уровнемера с кипящими нефтепродуктами на объектах ООО «КИНЕФ».

Рис. 1. Эхосигнал поверхности нефтепродукта

Сигнал, отраженный от кипящих нефтепродуктов, нестабилен, перемещается вдоль эхо-кривой. Как правило, уровнемеры «теряют» эхосигнал и уходят в режим неисправности.

Рис. 2. Уровнемер Rosemount серии 5300 на вакуумной колонне

Решение

Уровнемеры Rosemount 5300 (рис. 2) производства компании «Эмерсон» расширили границы применения волноводных уровнемеров. Их особенность заключается в том, что при измерении уровня нефтепродуктов сигнал лишь частично отражается от границы раздела сред 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 сред воздух – жидкость, так и по замедлению радиоволн в жидкой среде (работа в режиме «проекция конца зонда»). На графике (рис. 3) мы наблюдаем данный пример.

Рис. 3. Смещение эхосигнала конца зонда относительно физического окончания зонда

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 сигнала, отраженного 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 последнем графике показан пример измерения уровня нефтепродуктов при их кипении в выносной камере. Уровнемер продолжает отслеживать уровень по концу зонда.

Также уровнемеры Rosemount 5300 позволяют выбрать опорный сигнал: на кипящих жидкостях он способен менять форму и уменьшаться в амплитуде, чтобы устранить подобные негативные эффекты. ПО уровнемера дает возможность выбрать множество вариантов опорного сигнала, менее подверженного 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 камеры. 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 уровня кипящих нефтепродуктов с помощью уровнемеров Rosemount 5300 – наиболее надежный способ, обеспечивающий стабильные показания даже при вскипании нефтепродукта. 

К. В. Ротчев, ведущий инженер,
ООО «КИНЕФ», г. Кириши, Ленинградская обл.,
тел.: +7 (812) 315-1823,
e‑mail: kinef@kinef.ru,
www.kinef.ru

В.И. Григорчук, ведущий инженер по применению приборов для измерения уровня и беспроводных технологий,
Emerson,
www.EmersonProcess.ru