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雷达料位计在连续生产过程中的应用
1.引言
中铝山西分公司的氧化铝生产是多工序衔接的连续生产,生产中大量使用物位测量仪表。在生产中,我们使用的物位仪表种类繁多,其中使用雷达料位计达200余台,雷达料位计成为山西分公司物位测量的主流。应用实践表明要使用好雷达料位计,要做好选型、安装、和对不同工况有针对性采用相应维护措施。
 
2.雷达料位计的基本原理
雷达料位计是基于微波的反射原理进行检测的。雷达传感器通过天线以波束形式按一定频率发射雷达波信号(发射波),发射波在被测物表面反射形成反射波(回波),天线对回波信号采集,采集的信号经信号处理器放大、分析处理得到物料与发射天线之间的距离,数据在显示器显示。料位与时间的关系式为:
 2H=ct
式中,H一雷达探头到料面的距离,m;c电磁波的传播速度,c=3000,000m/s;t发射波与回波的总形成时间,s。
 
3.雷达料位计的特点
雷达波是一种电磁波,雷达的反射波的强弱和发射功率有关,也和介质的介电常数有关。理论上讲,它能适应复杂的工况,不受介质特性变化影响,不受温度、压力影响。雷达波连续收发,快速处理,接收和放大有的信号,干扰信号在接收时被抑制,对杂波有很强的抗干扰性。
 
4.雷达料位计的选型
雷达料位计能不能用好,选型很关键。雷达料位计要按要求的量程、信号、环境、介质类型、槽、罐情况选型。
4.1雷达天线
(1)棒式天线,其发射角大,一般在30°信噪比小、精度较低,但易于清洗,常用于测量运行条件较好、口径较大、测量范围小的槽罐和腐蚀性介质。
(2)喇叭口天线,喇叭口天线收发性能较好,这种雷达适合于大多数测量,发射角比棒式天线小,许多缓冲罐、储罐、反应罐等都选用这类天线,但这类天线不适用于腐蚀性介质测量。
(3)抛物面天线,这是zui近推出新型天线,多用在高频发射的雷达,由于其发射角只有3.5度非常适合测量精确目标和饶过障碍物进行测量。
(4)导波雷达,这类雷达波是通过导波金属或缆绳收发电磁波,属接触测量。由于它对粉尘、蒸汽、导波杆上粘附介质等影响较小,所以更广泛应用在固体料位和介电常数很小的液位测量。
(5)套管天线:当介电常数较小(1.6~3)或液面产生持续涡流或容器内装置造成假反射时,应选这类仪表套管对雷达波有聚焦作用。
4.2发射频率
大多数经济型雷达都采用5.8GHz或6.3GHz的微波频率,其发射角较大,容易在容器壁或内部构件上产生扰回波。采用高频率的雷达,象 Siemens公司的LR400(24GHz)、Vega公司的VegaPlus40(26GH),发射角可以到8°,这样即使在测量狭长的料罐物位时,也能有较高的测量精度。
4.3外壳材质
雷达料位计多采用铝制外壳,铝质外壳不耐碱腐蚀,这一点也很重要,遇到这种工况zui好采用塑料外壳。
 
4.雷达料位计的安装
(1)为防止进料反射的虚假信号影响测量,测点应避开进料。
(2)天线安装应垂直于界面,与罐壁距离应大于发射角波束区域,但为防止虚假回波,也不能安装在拱型罐中心。
(3〕避开有很强涡流的区域,如有搅拌或很强的化学反应的地方,遇到这类情况应采用旁路管或导波管安装方式。
(4)避开振动、高压清洗及横向负载,以防损坏仪表。
(5)采用加接管安装时,天线轴线应垂直物料表面;天线伸入罐顶足够长,保证足够回波。
(6)底部锥型的槽罐安装时,应注意天线要对准槽底,这样虽然带来一定误差,但可以实现料位完整测量,又可以克服锥型底引起的虚假回波。
(7)导波管天线的安装:导波管内壁要光滑,下面开口的导波管必须达到zui低液面,这样才能在导波管中测量。导波管的开孔轴线与雷达的极向标志成90度安装,防止雷达信号极化影响测量。当被测介质介电常数小于4,需在导波管末端安装反射板,或将导波管末端做成弯管,将储罐底部干扰反射折射开。
 
5.雷达料位计的应用
山西分公司在各种用途、各种类型的槽罐上、料仓上大量使用Vega、Saab、 Rosmont、 Siemens、E+H不同厂家不同型号雷达料位计。在实际应用中针对遇到的问题,经过分析,采取相应措施,雷达料位计得到很好应用。
(1)量程问题:在选用雷达时,往往有一种错误看法,认为选用的量程只要大于槽罐的高度就行。事实上,雷达上标识的量程可能是它的zui大量程,选型时还要看容器的特性,贮罐表面平稳和有波纹,甚至有搅拌,同一型号雷达料位计不同情况所能测量的实际料位有很大差别。同样,介质的介电常数也容易被忽略。对介电常数小的介质应主意。
(2)带有泡沫的液位测量:进料飞溅引起的泡沫或介质中混杂的泡沫对雷达波的反射没有问题,测量没有影响剧烈化学反应产生的大量厚重的泡沫会大量吸收和散射雷达波,回波质量很差,几乎没有回波。但对一些泡沫较少的介质,选用 Saab TankRadarPRO,在介质选项中选介质泡沫,可以对有泡沫的液位进行较准确测量。
(3)天线挂料问题:由于蒸汽带料和多数料浆都具有很强的粘附性,应用在山西分公司的雷达料位计大多数料位测量都遇到天线挂料的问题,选用带有PTFE的防尘罩或在天线附近引入高压风对天线吹扫可以防止挂料。
(4)固态料位的测量:固态料面不平,反射信号复杂,大量粉尘能产生散射,影响回波,采用导波雷达可以解决这一问题,也可以采用象 Siemens公司的高频LR400雷达由于其发射角小,回波信号好,采用连续调频技术,抗干扰能力大大提高,固态甚至气动传输的粉料也得到准确测量。
(5)带有蒸汽的液位的测量:实际应用中常常遇到蒸气很大的液位测量问题,理论上说蒸汽对雷达不会有任何干扰,这正是它的优点,通过分析,认为形成干扰的不是蒸气,是凝结在发射天线上的冷凝水,改用棒式天线,冷凝水顺天线流掉,问题得到解决。增加吹扫装置也可以解决这一问题。
 
6.结束语
雷达料位计具有适应复杂的环境和非接触测量的优势,经过近10年的快速发展,技术比较成熟,价格大幅度降低,测量精度大大提高,山西分公司对雷达料位计的正确选用和安装,既保证了连续生产中各类物料的料位测量,又保证了物料平衡,准确控制雷达料位计在连续生产中将得到广泛应用。
 

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