雷達(dá)液位計(jì)在漿液槽液位測量中的設(shè)計(jì)探討

（中國電子系統(tǒng)工程第四建設(shè)有限公司，石家莊 050051）

在納米碳酸鈣生產(chǎn)過程中，涉及到多個(gè)漿液槽設(shè)備，其作用主要是起對漿液進(jìn)行調(diào)制、攪拌均勻等功能。漿液槽的主要設(shè)備包括槽體、進(jìn)料管、放料管和攪拌器。介質(zhì)為氫氧化鈣石灰乳漿液或碳酸鈣沉淀物[1]漿液，均為固液混合物。

在某超細(xì)碳酸鈣生產(chǎn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，生產(chǎn)設(shè)備涉及氫氧化鈣石灰乳漿液的粗漿池槽、精漿槽、調(diào)濃槽、渣液槽等共計(jì)44臺。按照工藝包要求需要對氫氧化鈣石灰乳漿液槽液位進(jìn)行測量，但因?yàn)闅溲趸}石灰乳漿液、碳酸鈣漿液介質(zhì)的性質(zhì)及設(shè)備的條件，在進(jìn)行液位計(jì)選型中存在以下問題：

1 設(shè)計(jì)中存在的問題及原因分析

1.1 漿液槽測量介質(zhì)為氫氧化鈣石灰乳漿液或碳酸鈣漿液

石灰乳的水溶液常稱為石灰水（量大時(shí)形成石灰乳或石灰漿），呈堿性，碳酸鈣漿液是包含水、酸性分散劑體系和碳酸鈣的混合物。介質(zhì)狀態(tài)均為固、液混合體，常溫常壓下，且存在一定黏稠物，容易產(chǎn)生碳酸鈣沉淀物。

1.2 漿液槽設(shè)備上有物料進(jìn)、出管口和攪拌器

液位測量存在以下特點(diǎn)：時(shí)間長容易存在附著、碳酸鈣物質(zhì)沉淀。為防止?jié){料沉積、介質(zhì)濃度調(diào)整、漿液槽進(jìn)行攪拌時(shí)，攪拌使得液面震蕩，產(chǎn)生泡沫和漩渦。

所以在漿液槽液位計(jì)選型過程中，磁翻板液位計(jì)、差壓式液位計(jì)等接觸式液位計(jì)因介質(zhì)沉底、附著等原因造成儀表故障、測量不準(zhǔn)確，維護(hù)維修量大，不合理且不經(jīng)濟(jì)，導(dǎo)致無法滿足液位測量的要求，容易引發(fā)因漿液槽溢槽、空槽和攪拌空轉(zhuǎn)而造成的危 險(xiǎn)。

2 液位計(jì)選型比較

結(jié)合上述工況及介質(zhì)情況，分析相關(guān)原因，比較了非接觸式液位計(jì)（雷達(dá)液位計(jì)與超聲波液位計(jì)），超聲波液位計(jì)因生產(chǎn)過程中，在攪拌運(yùn)行的狀態(tài)下存在氣泡，存在檢測不到液位的情況，無法采用。故設(shè)計(jì)采用雷達(dá)液位計(jì)測量漿液槽的液位，通過對雷達(dá)液位計(jì)的了解，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)液位計(jì)使用上有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用非接觸式雷達(dá)液位計(jì)，無磨損，無污染，便于安裝。

（2）不受空氣中水蒸氣、溫度和壓力變化影響。

（3）信號4～20 mA 疊加HART 協(xié)議電流信號輸出，保證輸出的精確性。

（4）精度高，精度為≤±1% F·S；分辨率可達(dá)1 mm。

（5）發(fā)射波束角小，能量集中，且具有回波增強(qiáng)能力，同時(shí)有利于避開干擾物；又有抗回波干擾抑制功能。

（6）不受介質(zhì)密度、狀態(tài)和溫度的變化而變化。

（7）方便與監(jiān)控操作系統(tǒng)相連接。具有智能化數(shù)據(jù)處理能力。

故設(shè)計(jì)選用雷達(dá)液位計(jì)對漿液槽的液位進(jìn)行檢測。

3 液位檢測原理及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 雷達(dá)液位計(jì)的測量原理

雷達(dá)液位計(jì)是根據(jù)微波在發(fā)射—反射—接收這一過程中的時(shí)間行程或頻率差來進(jìn)行測量的[2]。雷達(dá)液位計(jì)安裝處的天線發(fā)射出電磁波，電磁波經(jīng)被測對象液面反射后，反射波被同一天線接收[3]。

由電磁波在空氣中的傳輸速度為常數(shù)，從發(fā)射到接收的時(shí)間與液位計(jì)到液面的距離成正比，關(guān)系式為：

D=CT/2

式中D——雷達(dá)液位計(jì)到液面的距離；

C——電磁波的傳播速度；

T——電磁波運(yùn)行時(shí)間。

雷達(dá)液位計(jì)測量原理如圖1所示。

圖1 雷達(dá)液位計(jì)測量原理Fig.1 Measurement principle of radar level gauge

通過圖1可算出液面到雷達(dá)天線的距離，即儀表探頭到界面距D，因空槽間距E已知，通過公式：

L=E-D

可知液位的界面的實(shí)際高度L。進(jìn)而得到漿液槽液面的液位。

雷達(dá)液位計(jì)的技術(shù)參數(shù)：

供電電壓：DC24 V

功耗：5 W

測量精度：≤±1% F·S

傳感器防護(hù)等級：IP65

輸出信號：4～20 mA DC

4 應(yīng)用、效果及注意事項(xiàng)

在項(xiàng)目中安裝的44臺漿液槽采用雷達(dá)液位計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中，存在一些問題，使用方將問題進(jìn)行了反饋：液位計(jì)液位顯示存在異常和一些液位誤報(bào)警的情況。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際情況查看，分析相關(guān)的原因：

（1）因液位計(jì)安裝在漿液槽頂部現(xiàn)場開孔，安裝的5臺液位計(jì)固定不夠牢固，在攪拌運(yùn)行中存在震動(dòng)，造成液位計(jì)抖動(dòng)，信號不穩(wěn)定，液位信號忽上忽下，讀數(shù)不準(zhǔn)確；

（2）3臺液位計(jì)安裝靠近進(jìn)料口，在物料進(jìn)料過程中，液位測量的實(shí)際液位為物料進(jìn)料口的液位，而引起高液位報(bào)警，造成漿液槽保護(hù)聯(lián)鎖反應(yīng)；

（3）部分液位及在運(yùn)行過程存在假信號，經(jīng)過分析，是因?yàn)樵跐{液槽攪拌過程，因漿液物料的旋轉(zhuǎn)，造成液面存在一定的傾斜角度；在進(jìn)料過程中，因?yàn)檫M(jìn)料口較高，進(jìn)料引起的液面波動(dòng)較大；液面較低時(shí)，測量液位顯示為攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)，是因?yàn)槔走_(dá)波經(jīng)過攪拌器的波形反射而引起的液位假信號。

綜合以上原因，對雷達(dá)液位計(jì)安裝松動(dòng)，不牢固處進(jìn)行加固，保證液位計(jì)的平穩(wěn)運(yùn)行；對距離設(shè)備進(jìn)、出料口較近（安裝距離為150～200 mm）的液位計(jì)，重新在漿液槽上部蓋板合適位置上開孔，重新安裝液位計(jì)，保證液位計(jì)位于進(jìn)、出料口的對面或者距離≥500 mm。對存在假信號的液位計(jì)，調(diào)整液位計(jì)的濾波模塊，及其液位計(jì)電磁波的發(fā)射角度，過濾因?yàn)橐好娌▌?dòng)，傾斜和攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的散射擾動(dòng)信號，保證正常液位信號，從而保證液位計(jì)的測量精度和準(zhǔn)確性。

經(jīng)過對一些液位計(jì)的位置、信號和狀態(tài)調(diào)整，全部44臺雷達(dá)液位計(jì)均能夠有效檢測粗漿池槽、精漿槽、調(diào)濃槽、渣液槽液位，并將液位信號以4～20 mA 形式輸出，傳輸至控制室的DCS 操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示各種漿液槽液位，為工藝的連續(xù)化生產(chǎn)提供可靠的操作參數(shù)。保證各個(gè)漿液槽液位的平穩(wěn)、可控以及有效操作，防止了各漿液槽的液位過高引起的溢槽、機(jī)泵聯(lián)鎖反應(yīng)，同時(shí)也預(yù)防了漿液槽液位過低引起的攪拌空轉(zhuǎn)等相應(yīng)事故。提高了裝置運(yùn)行的可靠性和安全性。

為保證雷達(dá)液位計(jì)使用效果，實(shí)際應(yīng)用中有以下幾個(gè)事項(xiàng)需要引起注意：

① 在雷達(dá)安裝時(shí)，遠(yuǎn)離進(jìn)、出料口，遠(yuǎn)離振動(dòng)及可造成機(jī)械損傷之處。外殼可靠接地，安裝區(qū)域有避雷裝置。

② 液位計(jì)垂直安裝，并與槽壁保證至少300 mm的間距，避開攪拌器等干擾源。

③ 雷達(dá)液位計(jì)主要由電子元件和天線構(gòu)成，無可動(dòng)部件，使用中偶爾遇到的問題是，貯槽中有些易揮發(fā)的有機(jī)物會(huì)在雷達(dá)液位計(jì)的喇叭口或天線上結(jié)晶，對它們只要定期檢查和清理即可，維護(hù)量少。

④ 液位計(jì)的連接電纜敷設(shè)時(shí)遠(yuǎn)離大功率電源、射頻信號源等干擾源。

5 結(jié)束語

采用雷達(dá)液位計(jì)測量漿液槽液位，經(jīng)過近幾年的運(yùn)行，能夠準(zhǔn)確測量出漿液槽的液位，保證了工藝生產(chǎn)操作的連續(xù)運(yùn)行，提高該行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。同時(shí)在使用雷達(dá)液位計(jì)測量漿液槽的液位界面時(shí)，也解決漿液槽溢槽、液位高低不均，產(chǎn)品質(zhì)量不一的問題，還解決了漿液槽出現(xiàn)空槽、設(shè)備空轉(zhuǎn)等的安全問題；所以通過雷達(dá)液位計(jì)使用，提高了工藝生產(chǎn)水平和設(shè)備運(yùn)行的安全性。在使用的同時(shí)也應(yīng)注意液位計(jì)的定期檢驗(yàn)，定期清理液位計(jì)天線附近的附著物，保證液位計(jì)安全有效運(yùn)行。