雷达液位计在惠州石化储罐液位测量的故障案例分析和总结

 

1 雷达液位计的系统结构及功能介绍

储运部门储罐主要储存转输成品油、原油和污油，多是常压浮顶储罐，采用导波雷达液位计进行液位测量，液位测量系统由 RTG 液位计、FCU 通讯单元、RTL/2现场总线、罐旁表 RDU 等组成，FCU 与 DCS 利用 Modbus 协议进行通讯。雷达测量精度可达 ±5mm，其独特低损耗模式（LOW LOSS MODE）并配置专用阵列式天线（见图1），采用调频连续波（FMCW）测量原理（见图2），可将雷达波聚集在导波管中心，回波信号强液位数据稳定。以下是储运罐区在用艾默生 PRO系列雷达液位计的系统组成及功能介绍。

1.1 导波管专用阵列天线

它是由若干个小天线组成的天线阵，其发射雷达波的能

量集中在导波管的中心，与管壁接触能量很小，因此其受不

平整的管壁影响和对测量介质挂壁的影响都较小。

 

1.2 PRO系列雷达头

同一个雷达头可与不同天线类型灵活互换，降低备件成本。雷达表头主要由以下几个部件组成。

①变压器整流卡件TRC ：交直流转换作用 ；

②现场通讯卡件 FCC ：负责处理与外部装置的通讯，不同的现场通讯卡对应不同的协议（Hart、FF、Modbus 等）；

③信号处理卡件 SPC ：保存检测器数据 ；

④模拟处理卡件 APC ：主要用于模拟输入信号滤波和多路复用传输 ；

⑤变送器接口卡件 TIC ：本质安全辅助输入需要使用此卡件 ；

⑥温度多回路复用卡件 TMC ：连接温度传感器 ；

⑦主板 MB ：用于连接各功能卡件。

 

1.3 雷达现场控制单元FCU

FCU 单元包含电源模块、FCM 通讯卡、FCI 通讯卡、底板。FCM 通讯板通过 TRL/2现场总线与 RTG 雷达液位计进行连接通讯 ；FCI 通讯板与 DCS 控制器通过 MODBUS 协议进行通讯。FCU 通常采用冗余配置增强通讯的安全性，非活动现场通讯单元经常检查连接的活动现场通讯单元是否处于活动状态。如果活动现场通讯单元出现故障，它将发送信号给备用现场通讯单元以接替它行使通讯功能，然后备用现场通讯单元立即切换到活动状态。

 

2 故障分析处理及案例

2.1 液位测量失灵的检查处理方法

（1）检查供电是否正常。

（2）检查通讯是否正常。通过安装了雷达调试软件的手提电脑、FBM（双向调制 / 解调器）接入 FCU 2160（现场通讯单元），可以在操作界面上读取雷达的所有数据，发射波、反射波强度，雷达的组态数据。如果读不到，则通讯有问题，还可以拿着这些设备到雷达头处接入信号线，以判断故障所在，这样处理可以排除信号线的故障。

（3）如果罐底部有管道、支架，会对雷达波形成漫反射，所以在无液位或液位较低时，显示不正常时，待工艺液位正

常后，重启一下会有显示。在工艺进油时，如果产生了蒸汽，也会形成漫反射而使液位失灵，温度正常后会自动恢复。

（4）对轻污油罐优先考虑天线结晶、沾污可能。断电后抬起雷达倾斜放下，注意轻拿轻放，不使天线受损 ；用抹布擦去结晶或油污，不要让天线弯曲，切忌铁器刮擦，以免破坏天线表皮。

（5）如仍不能恢复正常，可以用好的雷达板卡甚至是底板、天线与之调换。调换前要做好记号并且要断电，上电并进行必要的组态后，即可进行测试，以判定哪一块板卡出了问题。

（6）查看诊断信息。若出现故障，可通过检查其故障代码，进行诊断和处理。如果仍不能解决问题，则要联系或咨询生产厂家专业维修人员作进一步检查。

 

2.2 案例分析

我部门储罐雷达液位计在长期运行中故障率相对较低，但近期故障率也出现上涨的趋势，以下是近期遇到的几个典型案例，分别进行分析和总结。

 

2.2.1 案例一

故障现象 ：污油罐区的雷达液位计 FCU 通讯单元无法进行冗余切换。

故障分析步骤 ：

（1）检查备用 FCU 供电情况。检查主板指示灯亮，测量供电电压220V 供电正常。

（2）检查并联冗余跨接线。检查跨接线连接，检查接线正常，无接线端子错误，绝缘和导电性能正常，排除接线问题导致冗余通讯故障。

（3）更换 FIC 分组总线通讯板。更换备用 FCI 后仍无法

进行切换。

（4）现场通讯单元 FCU 组态检查。微机连接 FCU 通讯正常后进行组态检查，发现在用 FCU 的通讯地址与备用 FCU 通讯地址不同，造成备用 FCU 无法检测到再用 FCU 故障并自动进行。

 

总结 ：此类问题应首先从备用 FCU 供电、运行情况排查，其次检查通讯卡件和接线是否正常，zui后查看组态参数。在组态上注意 FCU 的 UI 号是独立的，组态地址应保持一致。FCU 通讯单元需要定期冗余测试，防止冗余功能故障导致液位监控失效。

 

2.2.2 案例二

故障现象 ：轻污油储罐雷达液位计回波信号弱，无法进行液位测量，储罐付料期间液位低于5m，DCS 显示液位值保持7米不变。

故障分析步骤 ：

（1）检查通讯。使用调试软件检查读取回波强度和雷达的组态数据，显示通讯正常。

（2）波形图检查。根据波形图，可看出波形杂乱干扰多，回波信号弱低于200mV，易出现液位信号跳段，回波峰值保持在7m，与实际液位不符。

（3）工艺介质排查。根据生产工艺收清污油的成分分析，污油介质多样复杂，有在介质表面产生不平整气泡和漂浮污

油的可能，有对雷达波产生干扰弱化回波信号，再者收料介质以粗汽油为主属轻烃组分易挥发凝结与雷达天线造成信号减弱不稳定，但由于工艺风险太大暂未进行开盖判断。

（4）电子单元更换。考虑电子单元故障影响发射雷达波信号减弱或者无法进行正常回波处理通讯，更换新的电子单元后读取回波依旧没有恢复正常。

（5）检查雷达头和天线连接的铝制导波套管。该套管的作用是保持雷达波稳定传导进入天线，检查发现铝制套管缺失，进行添加后检测回波没有大的变化。

（6）天线检查。将法兰拆开取下天线后发现阵列式天线表面产生裂纹，更换新天线后读取回波显示正常，回波幅值在1 000mV 以上，液位测量值准确。

总结 ：轻污油储罐内介质混合复杂，天线所处工艺环境腐蚀性强，长期使用造成天线表皮腐蚀开裂，对在用雷达建立定期信号强度分析记录，信号跳变频繁的雷达提前检查天线使用情况，更换电子单元。

 

3 建立设备维护档案

雷达液位计作为储运行业进行介质监控的关键设备，使用量大，是生产稳定运行的重要保障，长期管理和维护雷达液位计需要有针对的建立相关设备档案，掌控设备使用情况，了解设备薄弱环节，做到提前预防，降低故障发生概率，维持设备及生产的稳定。

1）建立日常维护记录档案。主要记录设备使用位置、故障发生时间、故障现象、故障原因分析及处理、故障更换备件，通过归纳可做如下分析建议 ：

（1）记录分析液位计易损配件更换频率，建立相关备件的预留比例。

（2）记录分析日常故障处理内容重点，建立日常维护工作方向。

（3）记录分析随时间增长设备故障发生的概率变化，提前预防性检查维护。

2）建立设备的运行档案。主要记录设备使用位置、记录时间、设备波形图、设备有效波。该记录相当于设备的健康体检，可做如下分析建议 ：

（1）定期检测反馈波型图，记录反馈波幅值，反馈波旁是否有干扰波，分析雷达液位计运行情况。

（2）随时间增长雷达液位计的波形变化趋势，针对波形变化大，信号衰减严重和干扰波多的要针对性检查。

3）雷达通讯单元（FCU）进行测试记录。记录设备位号、设备运行情况、冗余测试情况，分析设备运行情况。