雷達(dá)料位計(jì)安裝位置的改進(jìn)及應(yīng)用

莊東方 劉 勇 錢 鵬

雷達(dá)料位計(jì)安裝位置的改進(jìn)及應(yīng)用

莊東方 劉 勇 錢 鵬

（華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電廠，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

火力發(fā)電廠原煤倉中的料位高度是考核煤場(chǎng)上料作業(yè)量的主要依據(jù)。但在實(shí)際使用中，由于安裝缺陷，會(huì)造成原煤倉中料位計(jì)計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確。根據(jù)電廠的實(shí)際環(huán)境和運(yùn)行情況，選擇了最符合要求的LR260雷達(dá)料位計(jì)，并根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該料位計(jì)的安裝位置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，大大提高了料位計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度，既保證了原煤倉的正常工作，又降低了料位計(jì)的維護(hù)工作量，使料位計(jì)工作穩(wěn)定，拆卸方便，建議在電廠中推廣使用。

原煤倉；雷達(dá)料位計(jì)；改造應(yīng)用

1 研究背景

火力發(fā)電廠的原煤倉是電廠燃煤的主要儲(chǔ)存設(shè)備，同時(shí)也是確保機(jī)組運(yùn)行的基本保障。料位高度是煤場(chǎng)上料作業(yè)量的主要判斷依據(jù)，也是煤場(chǎng)日常生產(chǎn)管理工作中的重要指標(biāo)［1］。

句容發(fā)電廠擁有2×1 000MW的發(fā)電機(jī)組，對(duì)煤炭的需求十分巨大?，F(xiàn)實(shí)中發(fā)現(xiàn)，該電廠原煤倉內(nèi)經(jīng)常充滿粉塵，并且還經(jīng)常伴隨有夏季高溫下由于煤自燃而產(chǎn)生的煙霧及冬季煤炭在低溫下冷凝而產(chǎn)生的水蒸氣，這些問題導(dǎo)致電廠投產(chǎn)以來經(jīng)常發(fā)生料位采集誤差大等問題，這使電廠的運(yùn)行人員無法將料位計(jì)采集得到的數(shù)據(jù)作為原煤倉煤位的判斷依據(jù)，煤位的判定都是依靠現(xiàn)場(chǎng)值班員用強(qiáng)光手電進(jìn)行估算。為此，燃料部不得不每天派巡檢人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查煤倉煤位，以免發(fā)生斷料或滿倉漫煤現(xiàn)象。在實(shí)際運(yùn)行中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控12個(gè)高24m、直徑8.8m的原煤倉，這增加了原有的工作量，也加大了工作風(fēng)險(xiǎn)，消耗了極大的人力和物力。為改變料位計(jì)的應(yīng)用現(xiàn)狀，句容發(fā)電廠的相關(guān)部門對(duì)煤倉料位計(jì)進(jìn)行了改造，先后試驗(yàn)過超聲波料位計(jì)、激光料位計(jì)和雷達(dá)料位計(jì)，經(jīng)過一番考察論證和實(shí)際運(yùn)行后，采用了西門子LR260雷達(dá)料位計(jì)，并根據(jù)該料位計(jì)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題對(duì)其安裝進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在后期投入使用中取得了較好的效果，為其他電廠的料位計(jì)安裝提供了技術(shù)支持。

2 料位計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 超聲波料位計(jì)

超聲料位計(jì)利用回波測(cè)量的方法判定物料在料倉內(nèi)的具體位置。但是，由于超聲波的穿透力不是特別強(qiáng)，如果在原煤倉內(nèi)的局部有一團(tuán)濃度很高的煤粉，會(huì)對(duì)超聲波傳播造成反射，導(dǎo)致反射的位置高度和實(shí)際礦料表面高度產(chǎn)生較大偏差，使料位計(jì)讀數(shù)出現(xiàn)較大誤差。同時(shí)，顆粒較小的煤粉很容易和水汽結(jié)合成黏糊狀的雜物，這些雜物經(jīng)常積附在料位計(jì)探頭的發(fā)射面，阻礙了超聲波的發(fā)射與接收，進(jìn)一步加大了料位計(jì)的測(cè)量誤差［2］。

2.2 激光料位計(jì)

激光料位計(jì)內(nèi)置可見的激光瞄準(zhǔn)被測(cè)介質(zhì)與高精度高分辨率的計(jì)時(shí)裝置，通過測(cè)量紅外激光在發(fā)射點(diǎn)和被測(cè)介質(zhì)之間往返時(shí)間t，利用公式L=t×c/2（c為光速）計(jì)算距離［3］。激光料位計(jì)屬于非接觸式的測(cè)量裝置，由于激光可以穿透玻璃，因此，激光料位計(jì)經(jīng)常采用玻璃作為端蓋，測(cè)量的精度較為準(zhǔn)確。但是，由于原煤倉內(nèi)的粉塵濃度和濕度過大，玻璃表面經(jīng)常附有粘附粉塵和與水汽混合而成的煤漿。為保證料位計(jì)玻璃表面的清潔，需要運(yùn)行人員或者檢修專員定時(shí)擦拭激光料位計(jì)。另外，激光料位計(jì)對(duì)高粉塵煤種的穿透能力較差，且激光料位儀的采購價(jià)格相比其他料位儀偏高，從性價(jià)比方面來看，該料位計(jì)不宜在電廠中廣泛使用［4］。

3 雷達(dá)料位計(jì)

3.1 雷達(dá)料位計(jì)簡(jiǎn)介

雷達(dá)料位計(jì)利用電磁波的特殊性能對(duì)料倉內(nèi)的料位進(jìn)行檢測(cè)。通常，雷達(dá)料位計(jì)主要元件為發(fā)射裝置及探測(cè)裝置，雷達(dá)料位計(jì)工作時(shí)，發(fā)射裝置會(huì)發(fā)射出一種特殊性質(zhì)的電磁波，電磁波的物理性質(zhì)和可見光相似，電磁波以光的速度傳播并且其傳播速率不受壓力、溫度等介質(zhì)的影響。雷達(dá)料位計(jì)采用發(fā)射-反射-接收的工作方式，發(fā)射率取決于被測(cè)介質(zhì)的傳導(dǎo)率及介電常數(shù)。電磁波可以穿透原煤倉中的粉塵，且其遇到障礙物時(shí)極易反射，被測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)電性能越好，產(chǎn)生的回波信號(hào)反射就越好。雷達(dá)料位計(jì)采用的通訊協(xié)議是HART，可以通過通訊器進(jìn)行組態(tài)，通過儀表測(cè)量及回波曲線調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的判斷［5］。

句容發(fā)電廠通過實(shí)踐選用的LR260雷達(dá)式料位計(jì)由發(fā)射及接收裝置、信號(hào)處理器等幾部分組成。西門子提出的K波段測(cè)量技術(shù)，能在較大程度上提升雷達(dá)波在物體表面的反射效果，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)料位的準(zhǔn)確測(cè)量。根據(jù)波的特性公式波速＝頻率×波長(zhǎng)可知，與低頻率的微波相比，高頻率的微波波長(zhǎng)更小，這使其在粗糙的固體表面形成更多反射，大幅度提升了微波測(cè)量的可靠性。

另外，該料位計(jì)采用的微波技術(shù)是高頻率的，根據(jù)相應(yīng)的增益公式G=η×(π×D/λ)/2（式中η為孔徑的系數(shù)，D為天線的尺寸，λ為微波的波長(zhǎng)）可知，利用K波段的雷達(dá)料位計(jì)可以采用小喇叭口得到大增益，因此，25GHZ的雷達(dá)僅需采用13.3cm的喇叭口天線就能實(shí)現(xiàn)較好的性能，同時(shí)也方便安裝（LR260雷達(dá)料位儀如圖1所示）。

3.2 雷達(dá)料位計(jì)原理

雷達(dá)式料位計(jì)的工作原理是發(fā)射-反射-接收（見圖2）。雷達(dá)傳感器天線采用波束的形式發(fā)射出24GHz的信號(hào)，該信號(hào)接觸被測(cè)介質(zhì)后發(fā)生反射，天線對(duì)反射回來的信號(hào)進(jìn)行接收并將其發(fā)送給電子部件。微處理器會(huì)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，由智能軟件識(shí)別正確的回波信號(hào)。從發(fā)射到接收的時(shí)間t和傳感器到介質(zhì)表面的距離是成正比的，與物料的高度h成反比，即h=H-v×t/2。式中，H表示料槽高；h表示物料高度；v表示雷達(dá)波速；t表示雷達(dá)波發(fā)射到接收的時(shí)間間隔。

圖1 LR260雷達(dá)料位儀簡(jiǎn)圖

圖2 雷達(dá)料位計(jì)原理圖

4 LR260雷達(dá)料位計(jì)的安裝改進(jìn)

在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，原煤倉內(nèi)的惡劣環(huán)境使水汽和煤粉經(jīng)常粘附在喇叭口的端蓋上，影響雷達(dá)料位計(jì)示數(shù)的準(zhǔn)確性，造成很大計(jì)數(shù)誤差，因此有必要對(duì)該雷達(dá)料位計(jì)的安裝進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

4.1安裝方式

使用切割機(jī)切出180mm和320mm長(zhǎng)的角鋼各4段，再使用電焊機(jī)焊接出如圖3所示的支架。

圖3 支架簡(jiǎn)圖

相對(duì)應(yīng)地，在原煤倉上割出160mm×160mm的探測(cè)孔，將做好的支架垂直安放在孔洞上面，之后將LR260雷達(dá)料位計(jì)的喇叭口放置在支架180mm×180mm的孔中，安裝方式如圖4所示。

圖4 雷達(dá)料位計(jì)安裝方式

4.2 安裝位置

料位儀安裝位置將會(huì)對(duì)到料位儀的使用效果產(chǎn)生直接影響。雷達(dá)發(fā)生器發(fā)出的超聲脈沖以8°的錐束射向料面，在聲束區(qū)內(nèi)任何能反射聲波的物體都會(huì)產(chǎn)生回波。句容發(fā)電廠的原煤倉是一個(gè)圓錐和圓柱體的結(jié)合體，從結(jié)構(gòu)方面分析，避開倉壁很重要，特別是錐體和柱體的結(jié)合部位與進(jìn)料口的附近位置，防止倉壁與煤流的反射波對(duì)料面的回波進(jìn)行反射，避免其對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。通常，料位計(jì)的安裝需要遵循以下四項(xiàng)原則：①料位計(jì)的探頭應(yīng)最大程度地對(duì)準(zhǔn)出料口；②安裝位置應(yīng)該避開倉壁；③安裝位置不能太接近進(jìn)料口；④隱蔽安裝料位計(jì)以防止損壞（安裝位置如圖5所示）。

圖5 雷達(dá)料位計(jì)安裝位置示意圖

4.3 安裝調(diào)試

LR260雷達(dá)料位儀是一體化產(chǎn)品，采用二線制形式供電，輸出的模擬信號(hào)范圍是4～20mA，同時(shí)還提供HART型的數(shù)字信號(hào)及各種協(xié)議的數(shù)字通信功能，與計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)連接時(shí)非常方便，既可以通過手操器直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，也可以通過SIMATIC PDM進(jìn)行操作。調(diào)試原理圖如圖6所示，快速啟動(dòng)設(shè)置如表1所示。

圖6 調(diào)試原理圖

表1 快速啟動(dòng)設(shè)置表

5 使用效果分析

①原煤倉在進(jìn)行加倉作業(yè)時(shí)，源源不斷的煤流會(huì)在煤倉內(nèi)形成空氣對(duì)流，氣流經(jīng)割出的方形探測(cè)孔排出，正好對(duì)料位儀的喇叭口端面形成自然吹掃，帶走了粘附在喇叭口端面的大部分的煤粉和水汽，不會(huì)在喇叭口附近凝結(jié)成雜物，有效解決了雜物對(duì)雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量料位的干擾問題（如圖7所示）。

圖7 原煤倉內(nèi)氣流

②由于雷達(dá)料位計(jì)是直接放置在支架上的，沒有使用螺栓及其他緊固件進(jìn)行連接，這大大減少了后期維護(hù)檢修的工作量。

③對(duì)安裝位置的改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)上料作業(yè)量的準(zhǔn)確考核，淘汰了誤差較大的測(cè)量方法。采用該裝置可以對(duì)原煤倉內(nèi)的貯煤量進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，提升煤場(chǎng)內(nèi)物料消耗核算的可靠性，也方便了對(duì)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的準(zhǔn)確編制，可事先安排上料時(shí)間、配比更改時(shí)間及設(shè)備檢修時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。

④操作人員不需要再到下料口附近觀察料位，也不需要經(jīng)常性地對(duì)漫煤進(jìn)行清理，明顯改善了操作環(huán)境，提高了電廠的生產(chǎn)效益。

6 結(jié)語

雷達(dá)料位計(jì)是目前通用的料位測(cè)量?jī)x表中適用范圍最廣泛、測(cè)量最精確、維護(hù)也最方便的料位測(cè)量?jī)x表。本文提出的雷達(dá)料位計(jì)安裝改進(jìn)辦法提高了煤炭料位的準(zhǔn)確測(cè)量，保證了生產(chǎn)安全。經(jīng)過后期10個(gè)月的不斷改進(jìn)，在句容發(fā)電廠12個(gè)原煤倉安裝的LR260雷達(dá)料位計(jì)能正常工作，準(zhǔn)確采集料位，運(yùn)行人員將采集到的數(shù)據(jù)作為煤位的判定依據(jù)，能有效滿足生產(chǎn)需要。

［1］王建文.LFMCW雷達(dá)料位儀測(cè)距原理研究及應(yīng)用［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué)，2007.

［2］林茂庸，柯有安.雷達(dá)信號(hào)理論［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1984.

［3］張直中.雷達(dá)信號(hào)的選擇與處理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1979.

［4］MerrillLSkolinik.雷達(dá)手冊(cè)［M］.王軍，林強(qiáng)，譯.北京：電子工業(yè)大學(xué)，2003.

［5］趙美鳳.智能信號(hào)處理在FMCW雷達(dá)物位計(jì)的應(yīng)用研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2006.

Improvement and Application of the Installation Position of Radar Level Gauge

Zhuang Dongfang Liu Yong Qian Peng
（Huadian Jiangsu Energy Co.,Ltd.Jurong Power Plant，Zhenjiang Jiangsu 212000）

The height of material level in the original coal bunker of thermal power plant is the main basis for checking the amount of loading on the coal yard.But in actual use,due to installation defects,it will result in inaccurate counting of the material level in the original coal bunker.According to the actual environment and practical experience,the most suitable LR260 radar material level meter is selected,the installation of the material level meter is optimized and improved in this paper,the measurement accuracy of the material level meter is greatly improved,the utility model not only ensures the normal operation of the original coal bunker,it also reduces the workload of maintenance,the material level meter is stable.

coal bunker；radar material level meter；transformation and application

TH816

A

1003-5168（2017）09-0063-04

2017-08-02

莊東方（1971-），男，大專，助理工程師，研究方向：電廠輸煤系統(tǒng)電控檢修；劉勇（1992-），男，本科，助理工程師，研究方向：火電廠燃料電控檢修；錢鵬（1993-），男，本科，助理工程師，研究方向：火力發(fā)電廠燃料電控檢修。