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雷達(dá)物位計(jì)在煤化工中的應(yīng)用及維護(hù)
在現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)過程中，物位是保障系統(tǒng)安全安穩(wěn)運(yùn)行的一項(xiàng)必須監(jiān)控的參數(shù)。通過物位測量可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)原料、輔料、中間產(chǎn)品和成品的監(jiān)測、控制與計(jì)量。隨著儀表自動(dòng)化水平的不斷提高，加之煤化工生產(chǎn)過程中各類介質(zhì)的復(fù)雜多樣性，對(duì)各類物位監(jiān)測的需求也進(jìn)入多樣化、化階段。從傳統(tǒng)的磁翻板、浮筒到在的超聲波、音叉等多種形式的物位計(jì)，為現(xiàn)場生產(chǎn)提供了加倍有針對(duì)性、安全性的選定空間。目前雷達(dá)物位計(jì)在我國各個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)得到廣泛應(yīng)用，尤其在煤化工生產(chǎn)過程中，雷達(dá)物位計(jì)以其適用范圍廣、精度高及非接觸式測量等優(yōu)勢在物位測量平臺(tái)擔(dān)負(fù)著重要任務(wù)。在此，筆者對(duì)雷達(dá)物位計(jì)在煤化工中的應(yīng)用及維護(hù)進(jìn)行探討，以使雷達(dá)物位計(jì)能更好地為煤化工服務(wù)。
1 雷達(dá)物位計(jì)的工作原理
雷達(dá)物位計(jì)的發(fā)射端天線發(fā)出可用于測量距離的窄微波脈沖，發(fā)射脈沖以光速在被測量空間傳輸，當(dāng)脈沖遇到被測介質(zhì)時(shí)會(huì)在其表面反射，被反射的脈沖能量由發(fā)射端天線接收。通過脈沖在被測空間的運(yùn)行時(shí)間即可測出物位高度。通過專業(yè)的時(shí)間計(jì)較技巧可以保證較短的時(shí)間段里對(duì)物位進(jìn)行可靠準(zhǔn)確的測量。然而在脈沖到達(dá)被測介質(zhì)表面反射時(shí)，脈沖片面返回容易造成虛假信號(hào)，因此采用濾波和微處理技術(shù)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行分析處理，從而得到正確的脈沖信號(hào)，計(jì)較出測量距離。
測量儀表與物料之間的距離為 D，一個(gè)測量周期的時(shí)間段為 T，D 與 T 成正比關(guān)系:
D = C × T/2
其中，C 為光速。由于整個(gè)空罐的高度 H 已知，則物位 L 為:
L = H － D
對(duì)儀表里面的空罐高度 H、滿量程(即滿罐高度)F、被測介質(zhì)的形式及罐的形狀等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，然后儀表根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行匹配計(jì)較，進(jìn)而適應(yīng)測量環(huán)境，同時(shí)根據(jù)要求輸出為模擬量信號(hào)。
2 選型與應(yīng)用
自 1998 年進(jìn)口雷達(dá)物位計(jì)進(jìn)入我國物位測量市場以后，直到 2007 年片面國內(nèi)廠家才開始自主研發(fā)雷達(dá)物位計(jì)，雖然與國外存在近 20 年的發(fā)展差距，但目前我國在中低頻平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)成熟、可靠。因此在應(yīng)用選型時(shí)可以對(duì)費(fèi)用、應(yīng)用等方面進(jìn)行綜合考慮，選定穩(wěn)定可靠的雷達(dá)物位計(jì)。在過程監(jiān)測場所(例如脫硫后的地坑廢液池的測量、煤漿增加劑儲(chǔ)料罐的測量等)主要選用脈沖型雷達(dá)物位計(jì)，這是因?yàn)槠漕l率較低，并且在天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了冷凝、物料附著等因素對(duì)物位測量的影響，還能行使料位計(jì)中的回波信號(hào)處理功能，在有攪拌器等復(fù)雜工況時(shí)也能識(shí)別有效回波，費(fèi)用相對(duì)也較便宜 ［1］ 。
針對(duì)原煤、石灰石等顆粒狀物料或存在歇息角等不規(guī)則料堆的測量時(shí)，應(yīng)選用高頻非接觸式雷達(dá)物位計(jì)。26GHz 高頻雷達(dá)測量，而且能準(zhǔn)確、有效處理回波，同時(shí)對(duì)揮發(fā)、結(jié)晶及粉塵等干擾因素都能予以排除。值得注意的是，這些料倉中在安裝物位計(jì)時(shí)要確定儀表的安裝位置，應(yīng)
避開進(jìn)料口以免造成進(jìn)料虛假信號(hào)。
由于灰倉定期進(jìn)料造成上部空倉片面粉塵較大極易造成虛假信號(hào)，另外已沉積的積灰表面相對(duì)松軟，不易造成信號(hào)反射。所以選定導(dǎo)波雷達(dá)等接觸型物位計(jì)和水滴形高頻雷達(dá)物位計(jì)可以對(duì)除塵的灰倉及一些液體物位實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測量。
煤化工罐區(qū)被測介質(zhì)的介電常數(shù)是影響雷達(dá)物位計(jì)的主要因素，所以在選型時(shí)應(yīng)充分考慮被測介質(zhì)的介電常數(shù)需滿足雷達(dá)物位計(jì)對(duì)小介電常數(shù)的要求。當(dāng)選定接觸式測量時(shí)應(yīng)考慮測量纜(桿)的防腐蝕、防反應(yīng)等因素。非接觸式儀表應(yīng)著重考慮測量儀表在罐頂?shù)陌惭b位置，避開進(jìn)料口、氮?dú)庋a(bǔ)入口或其余干擾因素，防止對(duì)物位計(jì)正常工作造成干擾。由于普通成品罐體積較大，裝在罐頂?shù)膬x表不容易檢修維護(hù)，因此在選型時(shí)可以考慮分體式儀表。另外，在選定接觸式物位計(jì)時(shí)，纜(桿) 會(huì)隨著液面的顛簸而擺動(dòng)。日久天長，在根部的連接部位會(huì)出現(xiàn)斷裂或測量信號(hào)中斷等現(xiàn)象，故在儀表選型時(shí)應(yīng)充分考慮此因素。
天線式雷達(dá)物位計(jì)要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際工況選用合適的天線類型 ［2］ 。見的天線類型為喇叭口天線，這類天線的聚波性好，但喇叭口積水影響測量結(jié)果，也不適用于腐蝕性介質(zhì)的測量(例如脫硫漿液、液硫池液位的測量);而且對(duì)于壓力過高的容器，容易造成泄漏。通常對(duì)于高壓設(shè)備或腐蝕性介質(zhì)，建議選用平面密封型天線。桿式天線安裝尺寸小，適合安裝條件受限制的場所，且適用于腐蝕性介質(zhì)。
對(duì)于現(xiàn)場液位參與聯(lián)鎖控制的監(jiān)測儀表，兩線制的測量儀表就可以滿足使用要求，但對(duì)于參與交易或者計(jì)量要求精度高的儀表則建議選定四線制的儀表，供電與信號(hào)電纜分開使用。在選用分體式儀表時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況選定合適的信號(hào)電纜長度，但如果距離較長則易造成信號(hào)衰減。目前市場上的產(chǎn)品有 24V(DC)、220V(AC)兩種供電形式，可根據(jù)現(xiàn)場的防爆要求、安裝距離及精度要求等來選定使用，其中 220V(AC)供電相對(duì)適合遠(yuǎn)距離傳輸。
3 檢修與維護(hù)
當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)電源板燒壞或者接線端子燒壞等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)考慮 3 個(gè)方面的因素:一是供電電源不穩(wěn)定，可以用電源檢測儀器測量一定周期內(nèi)電壓的顛簸情況，看電源電壓的輸出是否穩(wěn)定;二是檢查儀表的安裝環(huán)境周圍是否存在大功率的用電設(shè)備或者變頻器，若有則會(huì)對(duì)儀表的模擬量輸出造成較大的雷達(dá)干擾，同樣也會(huì)對(duì)線路造成一定的影響;三是在一些粉塵較大的測量環(huán)境中，容易造成端子間電源短路。
現(xiàn)場儀表測量不準(zhǔn)確，與實(shí)際物位有偏差。首先從儀表的選型分析，認(rèn)真對(duì)照被測介質(zhì)的介電常數(shù)，看是否與所選儀表相匹配;其次分析儀表的安裝位置，普通情況下不建議儀表安裝在罐(倉)的正中間部位，這樣會(huì)產(chǎn)生大量由倉壁對(duì)探測波的多重反射而形成的高能虛假回波，從而使儀表無法準(zhǔn)確分析回波數(shù)據(jù)，導(dǎo)致探測誤差較大，乃至無法實(shí)施探測;再次是進(jìn)入菜單模式，檢查設(shè)置的各種基本參數(shù)是否合適，例如正向、反向的測量會(huì)直接影響儀表的終測量值等;后在條件允許的情況下打開連接法蘭檢查測量元件，看喇叭口是否有凝結(jié)水滴、雷達(dá)天線是否有其余物質(zhì)附著或沉積，若有則用松軟材料及時(shí)進(jìn)行清理。
儀表測量數(shù)據(jù)顛簸頻繁，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)應(yīng)通信 PC 機(jī)，及時(shí)獲取儀表的歷史測量數(shù)據(jù)，增強(qiáng)儀表對(duì)虛假信號(hào)的濾波功能。當(dāng)罐(槽)內(nèi)帶有的攪拌器、隔離擋板等設(shè)施處于雷達(dá)物位計(jì)的信號(hào)范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干擾反射波，直接影響液位測量的準(zhǔn)確性。
在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，如煤倉、灰倉及石灰石倉等粉塵較大的場所，應(yīng)做好儀表的密封防塵工作，盡管很多儀表的防護(hù)等級(jí)很高，但是由于人為因素，粉塵或水汽進(jìn)入后會(huì)造成儀表線路短接或電路板受潮，從而使儀表不能正常工作。
對(duì)于易揮發(fā)、易結(jié)晶的測量介質(zhì)，應(yīng)增加儀表維護(hù)頻率，及時(shí)查看檢測元件的工作狀況。如果現(xiàn)場條件允許，可以考慮在連接法蘭處開孔引入反吹氣，這樣就不會(huì)在天線的部位出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象。反吹氣管線同時(shí)配備過濾減壓閥，保證反吹氣壓力略大于被測量空間壓力，防止結(jié)晶物附著于天線處，造成測量誤差。
4 結(jié)束語
雷達(dá)物位計(jì)主要由電子元件和天線構(gòu)成，無可動(dòng)部件，在使用中的故障極少。因?yàn)槠浞€(wěn)定可靠的測量、簡單方便的維護(hù)等優(yōu)勢，現(xiàn)已在煤化工平臺(tái)得到了廣泛應(yīng)用，是測量物位的重要儀表。隨著產(chǎn)品的不斷完善，數(shù)字通信、總線集成等功能的改進(jìn)，未來會(huì)在更多平臺(tái)為保障生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供服務(wù)。