雷达液位计在化工生产中的应用

随着化工生产的自动化程度的提高，控制系统现场仪表的应用越来越广泛。仪表进入了一个新的发展时期，新型仪表不断出现。雷达液位计就是近几年开始应用的新型测量仪表。在石油、化工等行业得到广泛应用，尤其适用于各种高温、高压、强腐蚀的恶劣环境。雷达技术最初应用于军事，后来扩展到用于监控民用飞机，将雷达技术应用到液位测量是近20年的事情。其间大致有三个发展阶段：射空雷达(PTOF)，调频连续波雷达(FMCW)，导波雷达(TDR)。雷达是通过发射———反射———接收电磁波来测量液位的。电磁波由雷达液位变送器天线发射，通过空间或导波体向下传递，到达被测介质表面反射后，再被变送器天线接收到，电磁波从发射到接收的时间与到达液位的距离成正比，其关系式如下：D=CT/2L=E- D式中：D———天线到液位的距离C———电磁波传播速度 C=300000km/sT———电磁波运行时间L———罐的液位值E———测量基准点至罐底距离雷达液位变送器记录电磁波经历的时间，而电磁波的传播速度为常数，则可计算出液位到达雷达天线的距离，从而可得出被测液位的量值。雷达液位变送器采用与介质非接触的测量方式，具有准确度高、无可动部件、安装简单、使用可靠、受介质影响小等优点。雷达液位变送器发射的电磁波有调频连续式和脉冲波两种形式。采用调频连续波技术的液位计功耗大，需用四线制，电子电路复杂，性能好，价格贵。而采用雷达脉冲波技术的液位计功耗低，可用二线制24VDC供电，容易实现本质安全防爆，准确度高，适用范围广。1 雷达液位计的技术特点1) 电磁波能够穿透真空，不需要传输媒介，不受大气、雾气、泡沫、挂料影响。2) 雷达液位计采用一体化设计结构，无可动部件，不存在机械磨损，运行稳定，使用寿命长。3) 测量准确度高，分辩率可达1mm;测量范围大，最大测量范围可达40m，特别适用于高大贮罐的测量。4) 采用非接触测量，不受被测介质各种物理特性的影响，特别是在温度较高、压力较高、腐蚀性和蒸汽较大的场合更能发挥其优越性。5) 导波雷达与常规雷达发射量相比，约为其10%，同时通过导波体返回的信号能量强，基本无干扰。2 雷达液位计安装的注意事项1) 雷达液位计的轴线须与液面垂直以增强反射波强度。2) 圆形或椭圆形的容器，应安装在离中心1/2R距离的罐顶位置;防止容器壁多重反射后形成强干扰波影响准确测量。3) 如果液位波动较大，可采用旁通管安装。雷达液位计与其它液位计比较有明显的优势。雷达液位计安装简单、维护量低、价格较高。但是随着近几年价格的逐年下降，使用范围逐渐扩大。3 故障分析处理案例一：一台雷达液位计，正在使用的时候忽然液位在一直快速上升，之后超过范围就不动了。开始，按照说明书上的介绍调整参数，进行空罐检测，可是都没有用，后来工艺催得紧，干脆换掉。换下来后，在下面用水试没有问题，问题到底出在哪儿呢?经过认真分析和后来的多次问题的处理发现，之所以使用中出现不能检测，主要是天线本身挂上了介质。这台雷达液位计用来检测苯罐液位，苯在温度低于6摄氏度的时候会结晶，其实也就是上冻。同时苯又是一种容易挥发的液体，为了防止苯在冬季的结冰，工艺在储罐上设计有环管蒸汽加热，这就造成了冬季的时候苯依旧在储罐内挥发。雷达液位计没有保温和伴热，并且有时安装在管的顶部的管口上，温度要远低于储罐内温度，这样冬季的时候，苯蒸汽碰到液位计的天线会受冷凝结最终结冰，影响雷达液位计的使用。后来再出现这样的问题，采取的办法是把仪表拆下，对天线进行清理，做过这样的工作之后问题通常都能消除。因此在这提醒大家，如果是冬季出现的问题，首先考虑一下保温和伴热。要想从根本上解决这个问题，可考虑换型。如果要测量有凝结现象的液体时可以考虑使用带吹扫装置的雷达物位计，风可以由内部直接吹着发射天线，这样可以解决这种现象。或者在喇叭口处包层塑料布透明胶密封，以减轻天线处结晶。减少维护频率。案例二：2006年5月，某大型化工企业仪表工作人员巡检时发现三聚氰胺装置的雷达液位计仪表输出老是在最大值。应该是有障碍物造成发射波受阻，使液位计测得距离最小。经细心检查发现石英窗下面有水柱，通常用水冲洗后便会正常工作。但是，石英晶体沾上了物料或脏污物质，则需要及时清洗，具体方法是：关掉球阀，拆下罩子法兰和石英实体窗法兰，用绸布蘸酒精、汽油等溶剂擦拭石英表面，不可用碱性溶剂擦洗，最后将石英玻璃擦干静，仪表指示恢复正常。注意：在清洗过程中，不要拆开石英固定螺钉，不要用金属钳子，以免损伤石英表面的喷涂层。重装石英窗法兰时，石墨不锈钢缠绕垫要按工厂要求更换新的。案例三：某铝业公司用雷达液位计测量预脱硅槽液位，是带搅拌器的浆料罐，有伴热管。罐高 20 米，直径 10 米。安装位置在罐顶1/6D 处，躲开搅拌浆叶并且做了回波干扰抑制。现象：刚安装上是好的，生产一段时间后就死机，操作没有反应液晶显示不变。更换液位计后还是这样，开始是好的，一段时间后也是死机。查回波曲线、干扰抑制都正常。经过多次反复、归纳总结。最后确定原因是温度过高，表头电子元件部分温度超过65°造成的。生产过程中要保持浆料温度，温度传导至雷达液位计表头，温度散不出去超出电子部分的使用温度。解决方法是加散热片，或者改为高温型。改装后仪表回波曲线正常，工作正常。案例四：工况介绍：测量距离为10~11m 的金属锥形底仓，测量介质为浆料。故障：空仓时，无法正常显示零位。雷达液位计在有料的情况下，测量值基本准确。故障分析：检查现场，发现安装位置比较靠近进料口，且基本接近在中心位置，不是很理想。在无液位时，雷达波会进入锥型底仓而使反射回波失真。建议更正方案：将安装位置移到远离进料口的位置，且稍靠近仓壁(离仓壁约1.0m 处)，且喇叭口“射”向下料口位置。改进后效果良好。案例五：某化工厂用雷达液位计测量距离为2米的过程罐，测量介质为氯甲烷，温度为130℃。故障现象：在生产过程中，加压后，仪表测量数据失常。无法读取液位值。故障分析：通过测量效果及所表现的现象来看，估计氯甲烷在高温下介电常数下降(大多数介质都有这样的特性)，这台雷达液位计在正常情况下只能测量介电常数大于3的介质。解决方案是加装导波管，增强反射波强度，改装后效果良好。