導波雷達液位計在煤化工領域的應用情況概述

 

1、雷達原理

        導波雷達液位計是一種在化學工業中常用的液位測量儀表，依據時域反射原理(TDR)。它發射出的雷達脈沖以光速沿著鋼纜或探棒進行傳播，當遇到被測介質表面時，由于介電常數發生突變，部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發射裝置。雷達液位計采用發射-反射-接收的工作模式。雷達液位計的天線發射出雷達波，經被測對象表面反射后，再被天線接收，雷達波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比，關系式如下：

        D=CT/2

        式中，D為雷達液位計到液面的距離；C為光速；T為雷達波運行時間。

雷達液位計記錄脈沖波經歷的時間，則可算出液面到雷達天線的距離，從而知道液面的液位。

 

2、雷達應用概述

        華電榆林凱越煤化有限責任公司主要采用三種類型的雷達液位計和導波雷達液位計，分別用在三個工段：

        （1）甲醇儲罐采用±1mm精度的MicropilotS系列FMR540雷達液位計，這種雷達信號較強，屬于計量級別的液位計。發射器用氮氣密封，蒸汽基本無法污染，測量準確。

        （2）煤倉料位采用固體測量專用FMR250雷達料位計。此類雷達液位計測量筒倉內的煤粉，經常有大量的水汽，如果該料位計密封空間安裝，必須應用氮氣吹掃，防止發射器有凝結水，造成測量誤差；或者將料位計空置于管體頂部，能夠通風，防止發射器產生凝結水珠。

        （3）其他裝置上選用導波雷達：在高溫高壓工況應用FMP45系列，耐壓40MPa，耐溫－200~400℃；腐蝕工況應用FMP41C系列，法蘭和測量桿帶防腐涂層；一般工況應用FMP40系列。綜合考慮，工況越復雜，雷達液位計應用中存在的問題越多，給車間的檢修工作帶來很大難度。這些工藝環境主要有高溫高壓、真空、蒸汽、強腐蝕等。

 

3組態

        組態是儀表安裝后的主要工作。E+H組態工具有三個類型：液位計表頭液晶顯示模塊；支持HART協議的手操器475；預裝操作軟件ToFtool或者DEVICECARE的個人計算機。三者都能夠進行對儀表進行組態，而ToFtool或者DEVICECARE是圖形化軟件，除了可以遠程組態，還有一個重要功能就是通過包絡線對信號進行分析濾波。

 

        主要組態數據有罐體形狀、介電常數、纜繩長度、上下盲區、空標、滿標等。實際安裝數據圖如圖1所示。組態數據必須和實際安裝和測量情況高度一致，否則就會測量不準確。介電常數的大小主要和回波的質量強度有關，組態時選擇不合適就會出現測量不準的現象?；夭ㄒ种苧angeofmapping是一項重要的組態項目，是保持真實波，濾出干擾波的數字信號處理方法。

4、維護

        雷達液位計的故障點有很多，在處理時通過逐步細化功能段，借助測量儀表工具用排除法解決。首先要初步判定故障是在雷達設備還是在DCS控制部分，具體方法是對雷達進行單獨通信，如果正常，說明是DCS出現問題。如果確定雷達設備故障，需判斷是硬件還是軟件故障，如果是軟件故障則要利用調試軟件進行查看；硬件則需判斷是機械部分還是電氣部分，并分析判斷zui有可能出現故障的模塊，然后用正常模塊進行替代，逐步排除，找到故障點。有時也可能是幾個故障點共同引起的，就要用完全替換法找出故障所在。維護工作還須注意：

        （1）接地保護。儀表本體的接地保護有兩種，分別是保護接地和工作接地。保護接地是為了防止檢修維護時操作人員觸電，必須對表頭外殼進行接地處理；為了保證儀表電源線和信號線不受電子干擾，同時保證電子元件免于電子損壞，將電纜屏蔽層接到DCS機柜的接地排上，只需一端接地即可。

        （2）雷達的清潔。由于煤化工特殊的工藝環境，測量介質大部分是未處理完全的黑水或者灰水，介質內含有大量結晶物、腐蝕物、高溫水汽等。這種工況會使得發射天線和導波桿上堆積大量結晶物，影響雷達波的有效傳播，使其信號變弱。應經常性對天線和導波桿進行清潔，具體方法是在測量管處上加裝排污閥進行排污處理。如果測量效果還不理想，可以將儀表拆除后打磨拋光導波桿，同時清除測量管內異物。

        （3）DEVICECARE軟件的應用?？梢栽谥锌厥疫h程連接預裝DEVICECARE軟件的電腦終端觀察回波曲線，從曲線圖可以知道所有測量距離處的回波能量，借此識別虛假波或真實液位波形，進而進行組態回波抑制或者對儀表本體進行清潔處理等檢修，除去干擾波的影響，得到準確液位數據。一氣液分離器的液位回波顯示曲線如圖2所示，離發射端0.75m處有一信號強大的干擾回波，可以根據工藝判斷可能的原因，為檢修工作提供指導意見。

        （4）高溫介質的影響。在煤化工凈化工段中，有大量儲罐需要測量液位，其測量介質大多是氣液兩相的高溫介質。高溫水汽對發射天線的信號傳輸有重大影響，造成測量不準確。高溫水氣同時可能會使表頭處泄露，損壞儀表本體而造成重大經濟損失。因此，必須根據具體工況選擇耐用的儀表。

 

5、檢修

        （1）清除測量管內異物。在該廠黑水處理工段的除氧器液位計應用中，出現液位計始終不變化的狀況。經檢查，在測量管內有堵塞的煤渣，直接造成虛假液位，表現為液位始終不變化，即發射的雷達波從此處反射回接收單元。遇到這種狀況應關閉上下截止閥，打開排污閥排污處理，也可以微開上部截止閥而利用罐內的蒸汽來沖洗測量管。

        （2）斷電重啟儀表。導波雷達主要由電氣部分和機械部分組成，電子部分是核心部分，長時間運行的電子部件容易死機，重新啟動是有效的處理方法。

        （3）檢查發射天線是否污染。在煤倉料位FMR250雷達料位計的應用過程中時，經常出現液位99%的顯示值，且始終不變化，檢查外觀和斷電處理后發現仍然不解決問題。后拆除過程連接法蘭后發現發射端口凝結水珠，用面紗清潔并安裝，實時液位有變化。后發現該廠未按要求在雷達發射天線處增加氮氣吹掃裝置。裝置長時間應用后在管壁上會有大量積垢，在真空環境中，在管中粘結許多水珠，水珠不能隨著液位上下變化滯留在測量管內，或者有項目初期遺留的異物，導致虛假液位。

        （4）回波抑制?；夭ㄒ种票举|是通過軟件DEVICECARE等對時間數字信號濾波處理，濾掉干擾信號波而保留真實液位波，而真實液位到底是多少，還需要工藝車間做出判斷。

        （5）墊片的選擇。在凈化工段，導波雷達液位計的測量介質是氣液兩相高溫灰水，選用高溫型FMP45型雷達。實際應用中，來自其他工段的灰水含有氨氣等酸性氣體，由于墊片為紫銅墊片，造成了墊片腐蝕、氣體泄露生產安全事故，更換墊片可解決泄漏問題。

 

6結語

        化工生產工藝的穩定極大地依賴于儀表的正常運行，而儀表本體的低故障率有賴于多方面，使用環境、選型、安裝、組態調試、巡檢、維護、檢修每個環節都和雷達液位計穩定運行有關。本文主要以雷達液位計FMR540/FMR250、導波雷達液位計FMP40/FMP45為應用背景，分享了部分工作經驗。