使用雷達(dá)液位計(jì)測量廢水池液位

冀寶敬(中海殼牌石油化工有限公司，廣東 惠州 516086)

1 工作原理

雷達(dá)液位計(jì)，采用發(fā)射-反射-接收的工作模式。由雷達(dá)天線發(fā)射出電磁波，經(jīng)被測對象表面反射后，再被雷達(dá)天線接收。雷達(dá)液位計(jì)到被測對象表面的距離與雷達(dá)天線從發(fā)射出電磁波到接收到雷達(dá)回波的時(shí)間與成正比例關(guān)系，關(guān)系式如下：

式中：D—雷達(dá)液位計(jì)到液面的距離；C—光速；T—電磁波運(yùn)行時(shí)間

2 雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)

雷達(dá)液位計(jì)采用的是一體化設(shè)計(jì)，沒有可動部件，無機(jī)械磨損，具有使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。雷達(dá)液位計(jì)發(fā)出的雷達(dá)波能夠穿過真空，不需要傳輸媒介，雷達(dá)液位計(jì)的測量不受蒸汽、大氣以及揮發(fā)性介質(zhì)的影響，可以用在具有揮發(fā)性介質(zhì)如粗苯等液位的測量，適用于絕大多數(shù)液位的測量。

導(dǎo)電的介質(zhì)甚至是微導(dǎo)電的介質(zhì)都能夠反射足夠的電磁波信號。對于非導(dǎo)電的介質(zhì)，當(dāng)介電常數(shù)大于1.5時(shí)，就能反射足夠的雷達(dá)波被液位計(jì)檢測到，介電常數(shù)越大的介質(zhì)，雷達(dá)反射波信號也越強(qiáng)。

雷達(dá)液位計(jì)為非接觸式儀表，不受罐內(nèi)介質(zhì)的密度、濃度等物理特性的影響。測量范圍廣，最大可以達(dá)到35 m，也可以用在具有高溫、高壓等環(huán)境的液位測量。雷達(dá)液位計(jì)的關(guān)鍵部分如天線等采用高質(zhì)量的材料，具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力，所以可以用于強(qiáng)腐蝕性環(huán)境中。

雷達(dá)液位計(jì)具有根據(jù)用戶輸入的儀表參數(shù)，自動地識別出虛假回波的功能，可以通過軟件、手操器或簡易操作鍵等排除這些干擾波。雷達(dá)液位計(jì)可用自帶的簡易操作鍵在液位計(jì)上的進(jìn)行大部分參數(shù)設(shè)定，也可以根據(jù)液位計(jì)的型號，使用相應(yīng)的FF或HART協(xié)議的通訊器，遠(yuǎn)程或者在本地進(jìn)行通訊設(shè)定，操作方便快捷[1]。

3 影響雷達(dá)液位計(jì)測量的因素

3.1 環(huán)境溫度的影響

當(dāng)被測介質(zhì)具有易揮發(fā)的特性時(shí)，周圍的環(huán)境溫度可能會使被測介質(zhì)揮發(fā)并附著在天線表面，使天線發(fā)射和接收雷達(dá)波都會受到嚴(yán)重的影響，造成測量數(shù)據(jù)的異常波動。

3.2 蒸汽的影響

廢水池一般為地下罐，溫度比較低，當(dāng)廢水池內(nèi)有大量的蒸汽存在時(shí)，蒸汽遇冷會在內(nèi)壁上凝結(jié)成小水珠，小水珠會隨著蒸汽量的增加而逐漸增大變成小液滴，受到重力的作用落入罐內(nèi)，并且會出現(xiàn)小液滴形成、匯集、滴落的循環(huán)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)天線發(fā)射的雷達(dá)波在遇到罐壁上的液滴后會發(fā)生不規(guī)則的反射回波，當(dāng)反射回波信號較強(qiáng)時(shí)，滴液的反射回波會被當(dāng)做真實(shí)液位反饋到控制室，從而出現(xiàn)虛假液位。

另外當(dāng)雷達(dá)天線上匯集大量的水滴時(shí)，天線上液滴的回波也會產(chǎn)生雷達(dá)反射波，當(dāng)反射波反射的回波強(qiáng)度超過實(shí)際液位的回波時(shí)，雷達(dá)液位計(jì)誤認(rèn)為天線表面的冷凝水即為實(shí)際液面，產(chǎn)生虛假信號。

3.3 液體的湍動和氣泡的影響

地下罐內(nèi)液體的流入和泵的抽出都會造成罐內(nèi)液面的湍動，并且會有大量氣泡產(chǎn)生。液面的湍動和氣泡不僅會吸收和散射雷達(dá)波，還會折射和反射雷達(dá)波，使雷達(dá)反射波的信號強(qiáng)度降低，嚴(yán)重影響測量精度。

4 雷達(dá)液位計(jì)安裝注意事項(xiàng)

雷達(dá)液位計(jì)測量的準(zhǔn)確性，關(guān)鍵取決于實(shí)際液位反射波的信號強(qiáng)弱。如果所選儀表的安裝位置，雷達(dá)天線無法接收到被測液面反射的雷達(dá)波，或在雷達(dá)波的范圍內(nèi)有強(qiáng)干擾并能夠反射足夠強(qiáng)的干擾波給雷達(dá)液位計(jì)，雷達(dá)液位計(jì)都無法有效的反映實(shí)際液位。因此，選擇合理的安裝位置，是雷達(dá)液位計(jì)能否測量準(zhǔn)確的關(guān)鍵所在[2]。

4.1 雷達(dá)液位計(jì)在地下罐等容器內(nèi)安裝注意事項(xiàng)

液位計(jì)安裝時(shí)應(yīng)盡可能避開進(jìn)料口、攪拌器、攪拌閥等干擾源，同時(shí)要注意避開槽壁的黏附物和階梯等固定物，以提高信號的可信度，雷達(dá)液位計(jì)安裝位置距離槽壁、罐璧應(yīng)不小于30 cm，避免將內(nèi)壁上的回波信號誤做真實(shí)液面的回波信號；雷達(dá)液位計(jì)安裝時(shí)要注意在螺母或法蘭上的安裝標(biāo)記，安裝標(biāo)記用于對準(zhǔn)天線位置，要確保雷達(dá)液位計(jì)安裝時(shí)標(biāo)記要指向最近側(cè)罐壁；雷達(dá)天線應(yīng)垂直于被測介質(zhì)的表面平行于測量槽壁安裝，這樣有利于雷達(dá)波的傳播。無法保證豎直安裝的喇叭天線，其最大有效測量范圍可能會被減小；喇叭天線要注意應(yīng)伸出液位計(jì)的安裝短管，以便提高測量精度；對于喇叭型雷達(dá)液位計(jì)，喇叭口的安裝要注意大于安裝孔的內(nèi)表面10 mm；而棒式液位計(jì)在安裝時(shí)要注意，天線一定要伸出安裝孔，并且安裝孔的長度不能超過100 mm。當(dāng)液位計(jì)用于測量橢圓型或圓型的容器液位時(shí)，液位計(jì)應(yīng)裝在距離中心為1/2R(R為容器半徑)的位置上，務(wù)必注意不要安裝在容器頂?shù)闹行奶?，?dāng)雷達(dá)安裝在容器頂部中心處時(shí)雷達(dá)波易在容器壁形成多重反射后，最后雷達(dá)波匯集于容器頂?shù)闹行奶帲纬珊軓?qiáng)的干擾波，影響雷達(dá)液位計(jì)的準(zhǔn)確測量。

4.2 在導(dǎo)波管中安裝注意事項(xiàng)

天線安裝位置上的校準(zhǔn)標(biāo)記要確保對準(zhǔn)引流槽；安裝完成后，表殼可以350°旋轉(zhuǎn)，使得接線腔室和液晶顯示屏方便查看；可以使用全通徑球閥進(jìn)行測量。

導(dǎo)波管必須使用金屬管，可以是平行或無縫焊接的不銹鋼管，導(dǎo)波管不可以使用搪瓷涂層；管徑要均勻，且內(nèi)壁要始終光滑，當(dāng)導(dǎo)波管需要延長時(shí)，可以通過焊接法蘭或套管的方式實(shí)現(xiàn)，但是連接處不得有超過1 mm的縫隙；導(dǎo)波管兩側(cè)如果需要開孔，開孔的位置要對稱，并且夾角為180°；

當(dāng)需要引流槽時(shí)，其最大孔徑和最大寬度為管徑的1/10，開孔的位置需要去除毛刺，開孔數(shù)量和長度對測量無影響；

4.3 旁通管中安裝注意事項(xiàng)

當(dāng)容器內(nèi)的物料波動較大時(shí)，可使用帶旁通管的液位計(jì)，用以減少介質(zhì)波動對測量的影響；要特別注意天線安裝位置上的校準(zhǔn)標(biāo)記要垂直于罐體連接管。

旁通管必須使用金屬管，不能有搪瓷涂層或者塑料；管徑要均勻，且內(nèi)壁要始終光滑；旁通管的任何過渡段不得有超過1 mm的縫隙；在罐體連接管±20 cm處，測量精度會有所降低。

選擇口徑盡可能大的喇叭天線。

4.4 判斷安裝是否合適

雷達(dá)液位計(jì)安裝完畢以后，可以使用安裝有通訊軟件的PC機(jī)查看液位計(jì)的回波曲線圖，用以判斷安裝是否合適，如不合適，則需要進(jìn)一步調(diào)整液位計(jì)的安裝位置，直到液位計(jì)能產(chǎn)生滿意的回波曲線圖，此時(shí)液位計(jì)顯示屏上顯示的液位應(yīng)與實(shí)際液位一致。

5 雷達(dá)液位計(jì)的參數(shù)組態(tài)

5.1 雷達(dá)液位計(jì)可根據(jù)需要選擇需要的語言

5.2 雷達(dá)液位計(jì)參數(shù)設(shè)置

雷達(dá)安裝完畢，接線完成后，需要輸入如下參數(shù)：距離單位、容器類型、測量介質(zhì)、空標(biāo)、滿標(biāo)，然后進(jìn)行回波抑制即可進(jìn)行測量。儀表會根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)，自動對相關(guān)連的參數(shù)進(jìn)行內(nèi)部優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到最佳測量效果。

6 案例分析

6.1 案例經(jīng)過

某日崗位內(nèi)操反應(yīng)，在工藝正常生產(chǎn)過程中，廢水池液位LT-01示值由20%直接跳到100%，并且觸發(fā)聯(lián)鎖停泵。

6.2 處理過程

(1)檢查工藝無異常操作，聯(lián)鎖前無異常進(jìn)料、出料情況。(2)檢查雷達(dá)液位計(jì)參數(shù)設(shè)置正常，均按照規(guī)格書設(shè)置。(3)檢查雷達(dá)液位計(jì)安裝符合要求，罐內(nèi)無攪拌器。(4)經(jīng)檢查雷達(dá)本身正常，但在最高液位處有極強(qiáng)的回波信號。拆開發(fā)現(xiàn)喇叭口處凝結(jié)了大量水珠。使用干凈的碎布輕輕的擦拭天線表面后回裝，投用正常。

6.3 原因分析

LT-01測量廢水池1#液位，設(shè)計(jì)介質(zhì)為雨水和沖洗水，操作溫度40℃。但實(shí)際操作中排入了大量蒸汽凝液，高溫蒸汽升騰至天線，遇冷凝結(jié)成大量水珠附著在喇叭口邊緣。當(dāng)其反射的回波強(qiáng)度超過實(shí)際液位的回波時(shí)，雷達(dá)液位計(jì)誤認(rèn)為天線表面的冷凝水即為實(shí)際液面，產(chǎn)生虛假信號。廢水池液位LT-01歷史趨勢如圖1所示。

圖1 廢水池液位LT-01歷史趨勢

6.4 處理建議

(1)經(jīng)與工藝溝通，現(xiàn)有工況無法改變，走M(jìn)OC重新選型，更換為抗冷凝的雷達(dá)液位計(jì)；(2)在更換新表前定期清潔雷達(dá)液位計(jì)天線，保證儀表可靠性。

6.5 雷達(dá)液位計(jì)的選型建議

雷達(dá)液位計(jì)儀表選型應(yīng)充分考慮各方面影響儀表測量的因素，如設(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝位置、介質(zhì)特性，特別是用于測量揮發(fā)性和易結(jié)晶的物體液位時(shí)，應(yīng)充分考慮揮發(fā)性介質(zhì)附著在天線上產(chǎn)生的影響。針對不同工況特點(diǎn)，適當(dāng)選擇帶有抗冷凝、反吹或反沖洗功能類型儀表[3]。

7 結(jié)語

廢水池液位因其被測介質(zhì)及其環(huán)境的特殊性，所以選用雷達(dá)液位計(jì)能夠保證液位測量的準(zhǔn)確性，同時(shí)應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性，選用合適的型號，是儀表長周期穩(wěn)定運(yùn)行的有力保證。希望通過本文的討論，使讀者對雷達(dá)液位計(jì)測量廢水池液位有一個(gè)更加深入的了解，并提供一些雷達(dá)液位計(jì)的故障處理和日常維護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)。