L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)的應(yīng)用及常見(jiàn)故障分析

魏方合 趙杰 趙占萌

摘要：詳細(xì)闡述了L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)的工作原理，

利用L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)應(yīng)用于飛灰及煤粉物位的測(cè)量，針對(duì)物位計(jì)安裝過(guò)程中和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題和故障進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，并提出處理解決方案。

關(guān)鍵詞：L2000 射頻導(dǎo)納物位計(jì) 儀表 故障分析

1 概述

物位測(cè)量是各生產(chǎn)領(lǐng)域的重要測(cè)量參數(shù)，是儀表五大檢測(cè)參數(shù)之一，測(cè)量的準(zhǔn)確與否將直接影響裝置和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。而不同設(shè)備、不同工藝環(huán)境下對(duì)測(cè)量?jī)x表的要求也不盡相同，現(xiàn)物位測(cè)量?jī)x表主要包括靜壓式物位儀表、超聲波物位計(jì)、電容式物位計(jì)、雷達(dá)式物位計(jì)、核放射性物位計(jì)、射頻導(dǎo)納式物位計(jì)等。河南煤化鶴壁煤電股份有限公司60萬(wàn)/年甲醇項(xiàng)目在動(dòng)力站裝置布袋除塵系統(tǒng)、煤氣化裝置的布袋過(guò)濾器及飛灰系統(tǒng)采用了L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)部飛灰、煤粉等進(jìn)行測(cè)量。該儀表是由美國(guó)PRINCO公司在傳統(tǒng)電容式物位計(jì)原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的新型射頻導(dǎo)納式物位測(cè)量?jī)x表。本文主要介紹該儀表的工作原理及特點(diǎn)以及在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的注意事項(xiàng)和常見(jiàn)故障分析。

2 L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)的工作原理及特點(diǎn)

2.1 L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)的工作原理是基于射頻（RF）技術(shù)。將無(wú)線電頻率施加在探頭上，對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行連續(xù)分析，由于所有介質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)電性均不同于空氣，當(dāng)探頭接觸到介質(zhì)時(shí)所引起的微小電容量的變化被電路檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出。其獨(dú)特的抗粘附電路只對(duì)物位改變引起的電容量的變化產(chǎn)生反應(yīng)，從而消除了由于物料堆積產(chǎn)生的虛假信號(hào)。

射頻導(dǎo)納技術(shù)與電容技術(shù)的重要區(qū)別在于它采用了Null-KoTeTM電路，解決掛料問(wèn)題；另外還采用了三端技術(shù)，電子單元和探頭的連接采用一種特殊的同軸三端電纜，電纜的中心線用于傳輸從探頭到電子單元的電容變化，同時(shí)同軸屏蔽線傳輸屏蔽電壓（導(dǎo)納）信號(hào)，屏蔽的目的是為了消除中心線與地之間的電容。地線是電纜中另一條獨(dú)立的導(dǎo)線。因而，電纜電容不會(huì)影響從探頭來(lái)的電容信號(hào)，也就無(wú)須電子單元電纜電容的“調(diào)零”以獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)。

屏蔽層同時(shí)可以防止由電纜的溫度變化引起電容變化而導(dǎo)致輸出誤差。對(duì)于探頭上掛料問(wèn)題，則采用一種新的探頭結(jié)構(gòu)，五層同心結(jié)構(gòu)：最里層是中心測(cè)桿，中間是COTE-SHIELD屏蔽層，最外面是接地的安裝螺紋，用絕緣材料將其分別隔離開(kāi)來(lái)。由于測(cè)桿與屏蔽層之間沒(méi)有電勢(shì)差，即使傳感元件上掛料阻抗很小，也不會(huì)有電流流過(guò)，電子儀器測(cè)量的僅僅是從探頭中心到儲(chǔ)罐壁的電流，這樣一來(lái)就將測(cè)量端保護(hù)起來(lái)，不受掛料的影響。只有容器中的液位確實(shí)上升接觸到中心測(cè)桿時(shí)，通過(guò)被測(cè)物料，中心測(cè)桿與地之間形成被測(cè)電流。圖1是L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)的結(jié)構(gòu)圖。

射頻導(dǎo)納技術(shù)由于引入了除電容以外的測(cè)量參量，尤其是電阻參量，使得儀表測(cè)量信號(hào)信噪比上升，大幅度地提高了儀表的分辨力、準(zhǔn)確性和可靠性；測(cè)量參量的多樣性也有力地拓展了儀表的可靠應(yīng)用領(lǐng)域。

2.2 射頻導(dǎo)納物位計(jì)的主要特點(diǎn)。①通用性強(qiáng)：可應(yīng)用各種導(dǎo)電和非導(dǎo)電介質(zhì)測(cè)量，并且可滿足不同溫度、壓力、介質(zhì)的測(cè)量要求，以及應(yīng)用于腐蝕、沖擊等惡劣場(chǎng)合。②抗粘附掛料：探頭采用獨(dú)特的Null-KoTeTM電路設(shè)計(jì)和傳感器結(jié)構(gòu)，使其測(cè)量可以不受傳感器掛料影響，消除因物料粘附產(chǎn)生的虛假信號(hào)。③易維護(hù)：測(cè)量過(guò)程無(wú)可動(dòng)部件，控制器與探頭之間無(wú)電纜連接，隨時(shí)可拆更換維修而不影響進(jìn)出物料。④耐高低溫：適用于-184℃至280之間的工作環(huán)境，還可提供更高溫度的陶瓷探頭。

3 L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)的應(yīng)用

3.1 首先是正確安裝射頻導(dǎo)納物位計(jì)。L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中首先要正確安裝。傳感器（探頭）的安裝位置通常是由容器的開(kāi)孔位置所決定，但不可將其安裝在進(jìn)料流中，當(dāng)容器內(nèi)部無(wú)適當(dāng)位置時(shí)，可考慮使用外側(cè)臂或量筒安裝。測(cè)量非導(dǎo)電液體和泥漿時(shí)，探頭最佳為水平安裝，測(cè)粉末和顆粒介質(zhì)時(shí)，最佳安裝方式也為水平安裝，如果必須垂直安裝要保證探頭長(zhǎng)度至少300mm，并能夠滿足工藝測(cè)量要求。同時(shí)在安裝時(shí)，要保證保護(hù)套長(zhǎng)度應(yīng)至少伸出容器內(nèi)壁積料50mm等。傳感器側(cè)壁安裝時(shí)，保護(hù)電極應(yīng)進(jìn)入容器內(nèi)穿過(guò)側(cè)壁掛料，所以選型時(shí)請(qǐng)注意保護(hù)電極長(zhǎng)度。下圖2為正確與錯(cuò)誤的對(duì)比選型圖。

為使設(shè)備正常，準(zhǔn)確工作，請(qǐng)按下列步驟進(jìn)行安裝：

①在用絕緣傳感器的場(chǎng)合，安裝必須非常仔細(xì)，因?yàn)樵谶@種情況下，有可能損壞探頭的絕緣層。②傳感元件的安裝不能使之處于填充嘴或槽的直接物料流進(jìn)的地方。若無(wú)法做到這一點(diǎn)，則要在探頭與填充間加裝隔板。③不要拆開(kāi)傳感器或松開(kāi)安裝密封蓋。④用扳手的平面部分?jǐn)Q緊傳感元件。⑤探頭安裝時(shí)屏蔽層一定要穿過(guò)容器壁。

3.2 射頻導(dǎo)納物位計(jì)的調(diào)試和投用。在進(jìn)行射頻導(dǎo)納物位計(jì)調(diào)校前首先要檢查線路連接是否正常，仔細(xì)檢查電源線。嚴(yán)格按照廠家提供的接線圖確認(rèn)無(wú)誤后方可進(jìn)行調(diào)試的工作。調(diào)試過(guò)程中需打開(kāi)儀表外殼，此時(shí)儀表帶電一定要注意人身安全。當(dāng)完成標(biāo)定后，必須重新將外殼裝好。在危險(xiǎn)環(huán)境中每一與放爆外殼相連的接線必須配有已經(jīng)認(rèn)證過(guò)的密封配件即密封填料函或放爆鋼管密封接頭。

L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)的快速校準(zhǔn)方法如下：首先正確連接線路，送電預(yù)熱3-5分鐘；其次按照物位計(jì)接線和調(diào)試面板上的電位器功能進(jìn)行可調(diào)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，其中綠燈代表正常，紅燈代表報(bào)警，電位器F代表細(xì)調(diào)，C代表粗調(diào)，DLY代表延時(shí)輸出；延時(shí)時(shí)間0-30秒均可調(diào)；再次，一般情況下將失電保護(hù)插片放在L的位置上，通過(guò)對(duì)F和C電位器進(jìn)行開(kāi)關(guān)繼電器反饋調(diào)節(jié)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)不同方位觀察指示燈的變化來(lái)確認(rèn)調(diào)節(jié)是否完畢。調(diào)試正常合格后，即可隨工藝要求是否投用。

4 L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)的常見(jiàn)故障分析

L2000通用型射頻導(dǎo)納物位計(jì)具備長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行的能力，工作性能穩(wěn)定、可靠，能夠數(shù)年免維護(hù)，但是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于儀表工作環(huán)境或使用不當(dāng)，仍可能造成儀表不正常工作或測(cè)量不準(zhǔn)確。這就需要儀表維護(hù)人員對(duì)其故障進(jìn)行檢查和分析。根據(jù)常見(jiàn)故障可從以下四個(gè)方面入手進(jìn)行分析：

4.1 檢查電子單元。首先拆除傳感器電源及信號(hào)電纜，外加15～28VDC電源，進(jìn)行檢查并校準(zhǔn)系統(tǒng)，如有顯示，通過(guò)利用信號(hào)發(fā)生器檢查系統(tǒng)的輸出信號(hào)是否在4～20mA的范圍內(nèi)或者通過(guò)調(diào)節(jié)電位器順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)驗(yàn)證是否繼電器動(dòng)作等。

4.2 檢查傳感器是否正常。可以通過(guò)測(cè)量傳感器接線端之間的電阻，包括中心線與屏蔽間電阻、屏蔽與地間電阻、中心線與地間電阻來(lái)確認(rèn)。傳感器在空氣中無(wú)掛料（聚集物）時(shí)，上述三電阻阻值應(yīng)為無(wú)窮大（2M以上），若傳感元件上有掛料，則電阻阻值偏低，當(dāng)掛料除去后，電阻恢復(fù)無(wú)窮大。正常時(shí)，傳感器上有掛料情況下的最小電阻值為：中心線與地之間1000Ω；中心線與屏蔽之間600Ω；屏蔽與地之間300Ω。（不同型號(hào)的阻值或許不同，需查廠家提供的技術(shù)文件和資料）

4.3 檢查連接電纜和外部因素。當(dāng)排除故障原因?yàn)閭鞲衅髯陨硪蛩睾?，就要考慮遠(yuǎn)傳電纜是否存在質(zhì)量問(wèn)題，是否存在外部干擾等因素，以及檢查上位機(jī)系統(tǒng)是否存在問(wèn)題。

5 總結(jié)

河南煤化鶴煤化工分公司煤化工項(xiàng)目自去年試車和今年生產(chǎn)階段以來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)采用L2000射頻導(dǎo)納物位計(jì)的區(qū)域共有十幾處，各個(gè)區(qū)域物位計(jì)工作都很穩(wěn)定，基本都處于免維護(hù)狀態(tài)，在生產(chǎn)過(guò)程中物位計(jì)偶爾在運(yùn)行中顯示不正常波動(dòng)或死值的情況，按照常見(jiàn)事故分析步驟也都順利解決了問(wèn)題。該物位計(jì)在相應(yīng)測(cè)量范圍內(nèi)為充分發(fā)揮了它的優(yōu)勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：魏方合（1983-），男，河南濮陽(yáng)人，助理工程師，主要從事化工自控儀表工作。