雷达物位计在煤化工中的应用介绍及维护

在现代煤化工过程中，物位是保障系统安全平稳运行的一项须监控的参数。通过物位测量可以实现整个运行系统原料、辅料、中间产品和成品的监测、控制与计量。随着仪表自动化水平的不断提高，加之煤化工过程中各类介质的复杂多样性，对各类物位监测的需求也进入多样化、准确化阶段。从传统的磁翻板、浮筒到在的超声波、音叉等多种形式的物位计，为现场提供了更加有针对性、安全性的选择空间。目前雷达物位计在我国各个领域获得广泛应用，尤其在煤化工过程中，雷达物位计以其适用范围广、精度高及非接触式测量等优势在物位测量领域担负着重要任务。在此，笔者对雷达物位计在煤化工中的应用及维护进行探讨，以使雷达物位计能更好地为煤化工服务。

 

    1 雷达物位计的工作原理

    雷达物位计的发射端天线发出可用于测量距离的窄微波脉冲，发射脉冲以光速在被测量空间传输，当脉冲遇到被测介质时会在其表面反射，被反射的脉冲能量由发射端天线接收。通过脉冲在被测空间的运行时间即可测出物位高度。通过时间计算方法可以保证较短的时间段里对物位进行可靠准确的测量。然而在脉冲到达被测介质表面反射时，脉冲部分返回容易造成虚假信号，因此采用滤波和微处理技术对脉冲信号进行分析处理，从而获得正确的脉冲信号，计算出测量距离。

 

    测量仪表与物料之间的距离为 D，一个测量周期的时间段为 T，D 与 T 成正比关系:

 

                                             D = C × T/2

 

    其中，C 为光速。由于整个空罐的高度 H 已知，则物位 L 为:

 

                                             L = H － D

 

    对仪表内部的空罐高度 H、满量程(即满罐高度)F、被测介质的形式及罐的形状等参数进行设定，然后仪表根据设定的参数进行匹配计算，进而适应测量环境，同时根据要求输出为模拟量信号。

 

    2 选型与应用

    自 1998 年进口雷达物位计进入我国物位测量市场以后，直到 2007 年部分国内厂家才开始自主雷达物位计，虽然与国外存在近 20 年的发展差距，但目前我国在中低频领域应用技术成熟、可靠。因此在应用选型时可以对价格、应用等方面进行综合考虑，选择稳定可靠的雷达物位计。在过程监测场合(例如脱硫后的地坑废液池的测量、煤浆添加剂储料罐的测量等)主要选用脉冲型雷达物位计，这是因为其频率较低，并且在天线结构设计时充分考虑了冷凝、物料附着等因素对物位测量的影响，还能利用料位计中的回波信号处理功能，在有搅拌器等复杂工况时也能识别有效回波，价格相对也较便宜 ［1］ 。

 

    针对原煤、石灰石等颗粒状物料或存在安息角等不规则料堆的测量时，应选用高频非接触式雷达物位计。26GHz 高频雷达而且能准确、有效处理回波，同时对挥发、结晶及粉尘等干扰因素都能予以排除。值得注意的是，这些料仓中在安装物位计时要确定仪表的安装位置，应

避开进料口以免造成进料虚假信号。

 

    由于灰仓定期进料造成上部空仓部分粉尘较大易造成虚假信号，另外已沉积的积灰表面比较松软，不易造成信号反射。所以选择导波雷达等接触型物位计和水滴形高频雷达物位计可以对除尘的灰仓及一些液体物位实现准确的测量。

 

    煤化工罐区被测介质的介电常数是影响雷达物位计的主要因素，所以在选型时应充分考虑被测介质的介电常数需满足雷达物位计对*小介电常数的要求。当选择接触式测量时应考虑测量缆(杆)的防腐蚀、防反应等因素。非接触式仪表应着重考虑测量仪表在罐顶的安装位置，避开进料口、氮气补入口或其他干扰因素，防止对物位计正常工作造成干扰。由于一般成品罐体积较大，装在罐顶的仪表不容易检修维护，因此在选型时可以考虑分体式仪表。另外，在选择接触式物位计时，缆(杆) 会随着液面的波动而摆动。久而久之，在根部的连接部位会出现断裂或测量信号中断等现象，故在仪表选型时应充分考虑此因素。

 

    天线式雷达物位计要根据现场的实际工况选用合适的天线类型 ［2］ 。*常见的天线类型为喇叭口天线，这类天线的聚波性好，但喇叭口积水影响测量结果，也不适用于腐蚀性介质的测量(例如脱硫浆液、液硫池液位的测量);而且对于压力过高的容器，容易造成泄漏。通常对于高压设备或腐蚀性介质，建议选用平面密封型天线。杆式天线安装尺寸小，适合安装条件受限制的场合，且适用于腐蚀性介质。

 

    对于现场液位参与联锁控制的监测仪表，两线制的测量仪表就可以满足使用要求，但对于参与交易或者计量要求精度高的仪表则建议选择四线制的仪表，供电与信号电缆分开使用。在选用分体式仪表时，根据现场的实际情况选择合适的信号电缆长度，但如果距离较长则易造成信号衰减。目前市场上的产品有 24V(DC)、220V(AC)两种供电形式，可根据现场的防爆要求、安装距离及精度要求等来选择使用，其中 220V(AC)供电比较适合远距离传输。

 

    3 检修与维护

    当现场出现电源板烧坏或者接线端子烧坏等现象时，应考虑 3 个方面的因素:一是供电电源不稳定，可以用电源检测仪器测量一定周期内电压的波动情况，看电源电压的输出是否稳定;二是检查仪表的安装环境周围是否存在大功率的用电设备或者变频器，若有则会对仪表的模拟量输出造成较大的雷达干扰，同样也会对线路造成一定的影响;三是在一些粉尘较大的测量环境中，容易造成端子间电源短路。

 

    现场仪表测量不准确，与实际物位有偏差。*先从仪表的选型分析，认真对照被测介质的介电常数，看是否与所选仪表相匹配;其次分析仪表的安装位置，一般情况下不建议仪表安装在罐(仓)的正中间部位，这样会产生大量由仓壁对探测波的多重反射而形成的高能虚假回波，从而使仪表无法准确分析回波数据，导致探测误差较大，甚至无法实施探测;再次是进入菜单模式，检查设置的各种基本参数是否合适，例如正向、反向的测量会直接影响仪表的*终测量值等;*后在条件允许的情况下打开连接法兰检查测量元件，看喇叭口是否有凝结水滴、雷达天线是否有其他物质附着或沉积，若有则用柔软材料及时进行清理。

 

    仪表测量数据波动频繁，这种现象的出现应通信 PC 机，及时获取仪表的历史测量数据，增强仪表对虚假信号的滤波功能。当罐(槽)内带有的搅拌器、隔离挡板等设施处于雷达物位计的信号范围内时，会产生干扰反射波，直接影响液位测量的准确性。

 

    在运行过程中，如煤仓、灰仓及石灰石仓等粉尘较大的场合，应做好仪表的密封防尘工作，尽管很多仪表的防护等级很高，但是由于人为因素，粉尘或水汽进入后会造成仪表线路短接或电路板受潮，从而使仪表不能正常工作。

 

    对于易挥发、易结晶的测量介质，应增加仪表维护频率，及时查看检测元件的工作状态。如果现场条件允许，可以考虑在连接法兰处开孔引入反吹气，这样就不会在天线的部位出现结晶现象。反吹气管线同时配备过滤减压阀，保证反吹气压力略大于被测量空间压力，防止结晶物附着于天线处，造成测量误差。

 

    4 结束语

    雷达物位计主要由电子元件和天线构成，无可动部件，在使用中的故障极少。因为其稳定可靠的测量、简单方便的维护等优势，现已在煤化工领域获得了广泛应用，是测量物位的重要仪表。随着产品的不断完善，数字通信、总线集成等功能的改进，将来会在更多领域为保障系统的安全稳定运行提供服务。