雷達(dá)液位計(jì)在硫酸儲罐的應(yīng)用

王保東

(新疆喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司富蘊(yùn)836107)

雷達(dá)液位計(jì)在硫酸儲罐的應(yīng)用

王保東

(新疆喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司富蘊(yùn)836107)

冶煉自動化生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行離不開測量儀表的準(zhǔn)確、穩(wěn)定地工作。本文介紹的硫酸液位測量是其中一個難題?；诶走_(dá)液位計(jì)在硫酸儲罐中的物位測量，首先要有正確的選型、安裝，其次要有準(zhǔn)確的量程范圍設(shè)置，正確的日常維護(hù)、使用以及對故障的分析解決方式。

雷達(dá)液位計(jì)時域反射(TDR)原理

1 引言

我公司的冶煉生產(chǎn)過程中的硫酸儲罐主要用于儲存日常制酸生產(chǎn)報(bào)產(chǎn)生的硫酸，而硫酸儲罐的液位是否準(zhǔn)確直接關(guān)系到冶煉生產(chǎn)的連續(xù)性，因硫酸儲罐內(nèi)儲存的是98%的濃硫酸，在罐體內(nèi)會產(chǎn)生有部分的酸霧對液位檢測會造成一定的影響，同時液位在輸入硫酸和放出硫酸鈉時液面波動比較大，傳統(tǒng)的檢測儀表不適合檢測（主要是因?yàn)榉栏涂箶_動問題），目前只有選用雷達(dá)液位計(jì)才能達(dá)到比較高的測量精度。由于它具有連續(xù)測量精度高、非接觸式以及測量范圍大、防腐性能較好等特點(diǎn)，雷達(dá)液位計(jì)在有色冶金行業(yè)也得到非常廣泛的應(yīng)用。

2 雷達(dá)液位計(jì)的基本原理

雷達(dá)液位計(jì)采用的是時域反射(TDR)原理，通過發(fā)射電磁波來計(jì)算電磁波達(dá)到兩種介質(zhì)相界面并反射回到接收天線所用的時間，從而實(shí)現(xiàn)介質(zhì)物位的測量。雷達(dá)液位計(jì)的工作原理與通過空間傳播電磁波的雷達(dá)非常相似，電磁波從發(fā)射到接收的時間與到液面的距離成正比，關(guān)系式如下：

D=CT／2

式中：D為雷達(dá)液位計(jì)到液面的距離；C為電磁波的速度；T為電磁波在發(fā)射-發(fā)射-接收過程中運(yùn)行的時間，其雷達(dá)液位計(jì)的超高速計(jì)時電路可以精確地測量出電磁波傳導(dǎo)經(jīng)歷的時間，而電磁波的傳輸速度C為常數(shù)，即可計(jì)算出液面到雷達(dá)天線的距離D，從而知道液面的液位L=E-D,雷達(dá)液位計(jì)的測量原理如圖1。

在實(shí)際運(yùn)用中，雷達(dá)液位計(jì)有調(diào)頻連續(xù)波和脈沖波兩種方式。采用調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)的液位計(jì)電子電路復(fù)雜、功耗大、須采用四線制，而采用雷達(dá)脈沖波技術(shù)的液位計(jì)，功耗低、安全可靠、精確度高、可用二線制的24VDC供電，其適用范圍更廣，在柴硫酸儲罐中即使用了雷達(dá)脈沖波液位計(jì)。

圖1 雷達(dá)液位計(jì)原理圖

3 雷達(dá)液位計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)

(1)雷達(dá)液位計(jì)采用一體化設(shè)計(jì)，無可動部件，不存在機(jī)械磨損，使用壽命長；

(2)雷達(dá)液位計(jì)測量時發(fā)出的電磁波不需要傳輸媒介，不受大氣、蒸氣、槽內(nèi)揮發(fā)霧的影響；

(3)不受槽內(nèi)液體的密度、濃度等物理特性的影響；

(4)可用于高溫、高壓的液位測量；

(5)抗腐蝕能力強(qiáng)，能適應(yīng)腐蝕性很強(qiáng)的環(huán)境；

(6)具有虛假回波抑制的功能，通過虛假回波抑制液面到天線的虛假回波信號，排除虛假回波的干擾;

(7)雷達(dá)液位計(jì)沒有測量盲區(qū)，精度可以做的很高。

4 雷達(dá)液位計(jì)的安裝注意事項(xiàng)

(1)發(fā)射天線中心軸線與介質(zhì)表面保持垂直，天線和介質(zhì)表面保持距離至少5cm如介質(zhì)與天線接觸，在天線上會粘附介質(zhì)，影響測量)；

(2)天線與罐壁至少保證30cm的間距；

(3)天線喇叭口的前端應(yīng)從罐的接管（安裝短管）內(nèi)完全露出來；

(4)不要安裝在加料口的上方；

(5)避免安裝于貯罐中心位置。若罐頂為球形或拱形時，不要安裝于貯罐中心位置，應(yīng)采用導(dǎo)波管或旁通管方式安裝；若罐頂為平頂時，可以安裝在罐頂中央，這樣可以測到罐底最低點(diǎn)；

(6)安裝在帶有攪拌器的容器時，應(yīng)盡量避開攪拌器攪拌時所形成的渦旋區(qū)，以盡可能地消除不規(guī)則液面對微波信號散射所造成的衰減；

(7)在信號波束內(nèi)請勿安裝諸如限位開關(guān)、溫度傳感器之類的裝置、其有可能會干擾測量；

(8)在測量介電常數(shù)較小的介質(zhì)時，應(yīng)該用導(dǎo)波管或旁通管方式安裝，并且導(dǎo)波管或旁通管必須延伸到所需要的最小液位處。

5 雷達(dá)液位計(jì)在干式氣柜中的應(yīng)用

我公司柴硫酸儲罐是一個立式儲罐，因罐內(nèi)存有大量的揮發(fā)性氣體，故要求設(shè)備防爆，同時不受氣體的影響，基于柴硫酸儲罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及存儲介質(zhì)的特性，我公司選用了非接觸式FMR530智能型雷達(dá)液位計(jì)來測量介質(zhì)的物位。

我公司有6臺硫酸儲罐，罐體間可實(shí)現(xiàn)連通，為保證測量的精度和安全性，我公司分別在6個罐體上分別安裝了雷達(dá)液位計(jì)，互為備用，并且在正常情況下還可以實(shí)現(xiàn)兩個液位測量值的準(zhǔn)確度參照比較。在安裝雷達(dá)波液位計(jì)時，剛開始采用傾斜的安裝方式，其傾斜角度不超過15°，調(diào)試液位計(jì)儀表時發(fā)現(xiàn)無物位數(shù)據(jù)顯示，分析故障原因是由于發(fā)射的雷達(dá)波到達(dá)罐體鋼板上反射回來的，其主要原因是產(chǎn)生的虛假回波干擾太大造成的。重新調(diào)整雷達(dá)液位計(jì)的安裝角度后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)物位數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)波動很大，并且由于分析原因可能是因?yàn)橐好娌▌訉走_(dá)波反射造成影響，基于此原因，決定在罐內(nèi)的測量筒內(nèi)安裝反射板，重新調(diào)整雷達(dá)物位計(jì)的安裝，使其雷達(dá)波的發(fā)射天線平面與反射板平行，這樣測得的物位數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。反射板的面積計(jì)算：采用FMR530智能型雷達(dá)液位計(jì)，其天線尺寸參數(shù)DN80∕3",波束角α=10°，雷達(dá)波傳播的區(qū)域如圖2所示。根據(jù)公式Tan5°=W∕2D,可求出W=900mm，進(jìn)而求出反射板的面積。因此我們可以制作一個直徑不小于900mm的圓盤即可。

圖2 雷達(dá)波傳播區(qū)域

把雷達(dá)液位計(jì)接線端子上的信號線接到安全柵，即先通過安全柵再連到DCS的I／0卡件及SIS系統(tǒng)，并完成軟件組態(tài)和雷達(dá)液位計(jì)參數(shù)的設(shè)置，可以通過DCS系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控儲罐介質(zhì)物位的變化情況，以及實(shí)現(xiàn)儲罐物位的遠(yuǎn)程控制、實(shí)時／歷史數(shù)據(jù)的監(jiān)視。

6 結(jié)束語

綜上所述，E+H公司的FMP530雷達(dá)液位計(jì)在硫酸儲罐改造后能夠完全滿足現(xiàn)場物位測量的要求。由于雷達(dá)液位計(jì)無可動部件，沒有機(jī)械磨損，具有安裝維護(hù)方便、性能穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)物位的準(zhǔn)確測量和自動控制。

收稿：2015-05-06

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.05.031