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分析雷達物位計在煤化工中的應用及維護措施

作者: 來源: 發布時間:2020-01-03 14:11:15

    摘 要 基于雷達物位計的工作原理,介紹它在煤化工領域不同測量環境中的應用條件及日常維護要求。

    在現代煤化工生產過程中,物位是保障系統安全平穩運行的一項必須監控的參數。通過物位測量可以實現整個生產運行系統原料、輔料、中間產品和成品的監測、控制與計量。隨著儀表自動化水平的不斷提高,加之煤化工生產過程中各類介質的復雜多樣性,對各類物位監測的需求也進入多樣化、精準化階段。從傳統的磁翻板、浮筒到在的超聲波、音叉等多種形式的物位計,為現場生產提供了更加有針對性、安全性的選擇空間。目前雷達物位計在我國各個生產領域得到廣泛應用,尤其在煤化工生產過程中,雷達物位計以其適用范圍廣、精度高及非接觸式測量等優勢在物位測量領域擔負著重要任務。在此,筆者對雷達物位計在煤化工中的應用及維護進行探討,以使雷達物位計能更好地為煤化工服務。

    1 雷達物位計的工作原理
    雷達物位計的發射端天線發出可用于測量距離的窄微波脈沖,發射脈沖以光速在被測量空間傳輸,當脈沖遇到被測介質時會在其表面反射,被反射的脈沖能量由發射端天線接收。通過脈沖在被測空間的運行時間即可測出物位高度。通過專業的時間計算方法可以保證較短的時間段里對物位進行可靠準確的測量。然而在脈沖到達被測介質表面反射時,脈沖部分返回容易造成虛假信號,因此采用濾波和微處理技術對脈沖信號進行分析處理,從而得到正確的脈沖信號,計算出測量距離。

    測量儀表與物料之間的距離為 D,一個測量周期的時間段為 T,D 與 T 成正比關系:

                                             D = C × T/2

    其中,C 為光速。由于整個空罐的高度 H 已知,則物位 L 為:

                                             L = H - D

    對儀表內部的空罐高度 H、滿量程(即滿罐高度)F、被測介質的形式及罐的形狀等參數進行設定,然后儀表根據設定的參數進行匹配計算,進而適應測量環境,同時根據要求輸出為模擬量信號。

    2 選型與應用
    自 1998 年進口雷達物位計進入我國物位測量市場以后,直到 2007 年部分國內廠家才開始自主研發雷達物位計,雖然與國外存在近 20 年的發展差距,但目前我國在中低頻領域應用技術成熟、可靠。因此在應用選型時可以對價格、應用等方面進行綜合考慮,選擇穩定可靠的雷達物位計。在過程監測場合(例如脫硫后的地坑廢液池的測量、煤漿添加劑儲料罐的測量等)主要選用脈沖型雷達物位計,這是因為其頻率較低,并且在天線結構設計時充分考慮了冷凝、物料附著等因素對物位測量的影響,還能利用料位計中的回波信號處理功能,在有攪拌器等復雜工況時也能識別有效回波,價格相對也較便宜 [1] 。

    針對原煤、石灰石等顆粒狀物料或存在安息角等不規則料堆的測量時,應選用高頻非接觸式雷達物位計。26GHz 高頻雷達測量精確,而且能準確、有效處理回波,同時對揮發、結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時要確定儀表的安裝位置,應
避開進料口以免造成進料虛假信號。

    由于灰倉定期進料造成上部空倉部分粉塵較大極易造成虛假信號,另外已沉積的積灰表面比較松軟,不易造成信號反射。所以選擇導波雷達等接觸型物位計和水滴形高頻雷達物位計可以對除塵的灰倉及一些液體物位實現準確的測量。

    煤化工罐區被測介質的介電常數是影響雷達物位計的主要因素,所以在選型時應充分考慮被測介質的介電常數需滿足雷達物位計對zui小介電常數的要求。當選擇接觸式測量時應考慮測量纜(桿)的防腐蝕、防反應等因素。非接觸式儀表應著重考慮測量儀表在罐頂的安裝位置,避開進料口、氮氣補入口或其他干擾因素,防止對物位計正常工作造成干擾。由于一般成品罐體積較大,裝在罐頂的儀表不容易檢修維護,因此在選型時可以考慮分體式儀表。另外,在選擇接觸式物位計時,纜(桿) 會隨著液面的波動而擺動。久而久之,在根部的連接部位會出現斷裂或測量信號中斷等現象,故在儀表選型時應充分考慮此因素。

    天線式雷達物位計要根據現場的實際工況選用合適的天線類型 [2] 。zui常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果,也不適用于腐蝕性介質的測量(例如脫硫漿液、液硫池液位的測量);而且對于壓力過高的容器,容易造成泄漏。通常對于高壓設備或腐蝕性介質,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合,且適用于腐蝕性介質。

    對于現場液位參與聯鎖控制的監測儀表,兩線制的測量儀表就可以滿足使用要求,但對于參與交易或者計量要求精度高的儀表則建議選擇四線制的儀表,供電與信號電纜分開使用。在選用分體式儀表時,根據現場的實際情況選擇合適的信號電纜長度,但如果距離較長則易造成信號衰減。目前市場上的產品有 24V(DC)、220V(AC)兩種供電形式,可根據現場的防爆要求、安裝距離及精度要求等來選擇使用,其中 220V(AC)供電比較適合遠距離傳輸。

    3 檢修與維護
    當現場出現電源板燒壞或者接線端子燒壞等現象時,應考慮 3 個方面的因素:一是供電電源不穩定,可以用電源檢測儀器測量一定周期內電壓的波動情況,看電源電壓的輸出是否穩定;二是檢查儀表的安裝環境周圍是否存在大功率的用電設備或者變頻器,若有則會對儀表的模擬量輸出造成較大的雷達干擾,同樣也會對線路造成一定的影響;三是在一些粉塵較大的測量環境中,容易造成端子間電源短路。

    現場儀表測量不準確,與實際物位有偏差。首先從儀表的選型分析,認真對照被測介質的介電常數,看是否與所選儀表相匹配;其次分析儀表的安裝位置,一般情況下不建議儀表安裝在罐(倉)的正中間部位,這樣會產生大量由倉壁對探測波的多重反射而形成的高能虛假回波,從而使儀表無法準確分析回波數據,導致探測誤差較大,甚至無法實施探測;再次是進入菜單模式,檢查設置的各種基本參數是否合適,例如正向、反向的測量會直接影響儀表的zui終測量值等;zui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水滴、雷達天線是否有其他物質附著或沉積,若有則用柔軟材料及時進行清理。

    儀表測量數據波動頻繁,這種現象的出現應通信 PC 機,及時獲取儀表的歷史測量數據,增強儀表對虛假信號的濾波功能。當罐(槽)內帶有的攪拌器、隔離擋板等設施處于雷達物位計的信號范圍內時,會產生干擾反射波,直接影響液位測量的準確性。

    在生產運行過程中,如煤倉、灰倉及石灰石倉等粉塵較大的場合,應做好儀表的密封防塵工作,盡管很多儀表的防護等級很高,但是由于人為因素,粉塵或水汽進入后會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。

    對于易揮發、易結晶的測量介質,應增加儀表維護頻率,及時查看檢測元件的工作狀態。如果現場條件允許,可以考慮在連接法蘭處開孔引入反吹氣,這樣就不會在天線的部位出現結晶現象。反吹氣管線同時配備過濾減壓閥,保證反吹氣壓力略大于被測量空間壓力,防止結晶物附著于天線處,造成測量誤差。

    4 結束語
    雷達物位計主要由電子元件和天線構成,無可動部件,在使用中的故障極少。因為其穩定可靠的測量、簡單方便的維護等優勢,現已在煤化工領域得到了廣泛應用,是測量物位的重要儀表。隨著產品的不斷完善,數字通信、總線集成等功能的改進,將來會在更多領域為保障生產系統的安全穩定運行提供服務。

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