煤化工企業(yè)生產(chǎn)中雷達液位計在的應用案例分析

　　　　1 本文概述
　　　　物位液位的測量是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常需要進行的工作，許多生產(chǎn)現(xiàn)場都需要對于各類容器內(nèi)的固體和液位的實時狀況進行有效的監(jiān)測與控制，以達到對整個生產(chǎn)過程中需要用到的原料與中間體及成品的控制與計算。以此為目的，人們發(fā)時與研制出各種類型的物位測量儀表，測量原理也各不相同。傳統(tǒng)型的有直觀型的比如鋼帶、玻璃管，也有用基于浮力或磁力原理，發(fā)展到后來使用超聲波，導波，差壓等等。目前已知的物位測量儀表可分為浮力式液位計，靜壓式液位計，電容式物位計，玻璃液位計，電極式液位計，音叉料位計雷達液位計，超聲波物位計，核輻射式物位計等。本文所介紹的是一種基于雷達波進行工作的，雷達液位計則是專門測量容器內(nèi)介質(zhì)液位的一種物位測量儀表。



　　雷達液位計的工作原理是通過天線向被測介質(zhì)物位發(fā)射微波，然后測出微波發(fā)射和反射回來的時間而得容器內(nèi)液位的一種儀表。雷達液位計的特點有以下兩點：*先，無位移、無傳動部件、非接觸式測量，不受溫度、壓力、蒸汽、氣霧和粉塵的限制，適用于粘度大的介質(zhì)、有毒或無毒衛(wèi)生型介質(zhì)、有腐蝕性介質(zhì)的物位測量[2]。二，雷達液位計沒有測量盲區(qū)，精確度（分辨率）可以做的很高，液位測量誤差高可達1mm（特殊情況下可達到0.1mm），故其是一款精度極高的計量儀表，可作為商用計量儀表[2]。
　　工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，對各種生產(chǎn)罐體，產(chǎn)品儲罐及地下槽體的液位進行精確測量對整個生產(chǎn)過程中設備的安全運行起著重要的作用。文章通過對生產(chǎn)過程中使用的雷達液位計的基本原理、使用特點和影響因素的詳細介紹，為化工企業(yè)生產(chǎn)中雷達液位計測量儀表的選型、安裝和管理提供了參考。
　　某廠一期建設1套全焦生產(chǎn)能力為60萬t/a的搗固焦爐，后續(xù)改擴建1套130萬t/a的搗固焦爐。煉焦過程中產(chǎn)生大量煙氣，其主要成分是煤氣。通過二期建設的脫硫，脫氨，脫苯等工藝對煤氣進行了凈化處理。整個工藝中分布了各種生產(chǎn)罐體，產(chǎn)品儲罐及地下槽體，其內(nèi)部介質(zhì)的液面高度是整個工藝控制過程中一個重要的工藝參數(shù)，因此如何對其液位進行實時精確監(jiān)測，保證設備可靠運行就成為了一項十分重要的課題。
 　　為了清晰準確的了解生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)各個容器內(nèi)介質(zhì)的液位變化情況或有無泄漏情況的發(fā)生，需要對焦爐煤氣凈化回收過程中相關設備工作環(huán)境內(nèi)介質(zhì)液位進行測量，及時了解容器介質(zhì)分布情況。公司在一些容器內(nèi)均安裝有雷達液位計，并通過網(wǎng)絡通訊設備將液位監(jiān)測信息及時傳到工業(yè)調(diào)度控制中心，并通過監(jiān)控設備實時監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境變化，其檢測數(shù)據(jù)的準確性和及時性在安全生產(chǎn)中發(fā)揮了極其重要的作用，下面就其結(jié)構(gòu)和工作原理進行詳細的介紹。

　　2 雷達液位計的工作原理
　　2.1 組成概述
　　雷達料位計由天線系統(tǒng)，電子部件，微處理器組成。天線系統(tǒng)的作用是為了發(fā)射微波脈沖和接收反射回波，電子部件將時間信號轉(zhuǎn)換成物位信號，微處理器可以準確分辨出物位回波去除虛假回波。雷達液位計的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。
　　2.2 測量原理
　　雷達料位計的天線系統(tǒng)發(fā)射極窄的微波脈沖，這個脈沖以光速在空間內(nèi)傳播，遇到被測介質(zhì)表面，其部分能量被反射回來，被同一個天線系統(tǒng)接收。發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間間隔與天線系統(tǒng)到被測介質(zhì)表面的距離成正比。通過測量天線發(fā)射波與介質(zhì)液位反射波之間的時間差與微波波速之間的關系來實現(xiàn)容器介質(zhì)液位的測量。由于電磁波的傳播速度極高，發(fā)射脈沖與接收脈沖的時間間隔很小（納秒量級）很難確認。所以需要采用一種特殊的相關解調(diào)技術，可以準確地識別發(fā)射脈沖和接收脈沖的時間間隔，從而進一步計算出天線到被測介質(zhì)表面的距離[3]。
　　目前有兩大類雷達液位計，一類是發(fā)射頻率固定不變，通過測量發(fā)射波和反射波的運行時間，并經(jīng)過電子部件被轉(zhuǎn)換成物位信號。一種特殊的時間延伸方法可以確保極短時間內(nèi)穩(wěn)定和精確的測量。即使工況比較復雜的情況下，存在虛假回波，用新的微處理技術和調(diào)試軟件也可以準確的分析出物位的回波[4]。這類雷達液位計的運行時間與液位距離的關系為t=2d/c式中：c：電磁波傳播速度；d：被測介質(zhì)液位和測量探頭之間的距離；t：探頭從發(fā)射電磁波至接收到反射電磁波的時間，單位s。另一類是測量發(fā)射波與反射波之間的頻率差，并將這頻率差轉(zhuǎn)換為與被測液位成比例關系的電信號。這種液位計的發(fā)射不是一個固定頻率，而是一等幅可調(diào)頻率[5]。

　　3 雷達液位計的安裝及通訊
　　在工藝罐體反應裝置、地下放空槽體、產(chǎn)品存儲設施、地下水處理設施均安裝有雷達液位計。自雷達液位計安裝以來，總體使用效果良好，在長期的使用和設備維護過程中了解了設備的特性并積累了大量的現(xiàn)場經(jīng)驗。
　　3.1 安裝要求
　　天線發(fā)射微波脈沖時，都有一定的發(fā)射角。從天線下緣到被測介質(zhì)表面之間，由發(fā)射的微波波束所輻射的區(qū)域內(nèi)，不得有障礙物。因此安裝時應盡可能的避開容器內(nèi)設施，例如：人梯、限位設備、加熱設備、攪拌設備、支架等。另外須注意微波波束不得與加料料流相交。雷達液位計設計安裝時應注意以下幾點：
　　（1）高液位不得進入液位計測量盲區(qū)。
　　（2）液位計距容器壁必須保持一定的距離，一般不少于200mm。
　　（3）液位計的安裝方向應盡可能使天線的發(fā)射方向垂直于容器內(nèi)被測介質(zhì)的液面。
　　（4）如液位計安裝在防爆區(qū)域內(nèi)，必須遵守國家防爆危險區(qū)的安裝規(guī)定。
　　（5）防爆型液位計的外殼采用壓鑄鋁金屬材料。
　　（6）防爆型液位計可以安裝在有防爆要求的場合，液位計必須可靠接地。
　　（7）對于錐形容器，且容器頂部為平面，則液位計的佳安裝位置是容器頂部中央的位置。
　　（8）對于安裝在室外或者極其潮濕環(huán)境的液位計，應做遮陽，防雨和防潮處理。
　　（9）被測容器接管的長度必須保證探頭伸出接管10mm以上[6]。
　　（10）儀表不可安裝在拱形或圓形的灌頂位置，容易造成多次反射回波，影響測量精度。
3.2 雷達液位計的通訊
雷達液位計的通訊系統(tǒng)的基本的構(gòu)成包括專用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，探測器，信號處理單元，及其通訊線路。其構(gòu)成應滿足以下要求：
　　（1）選用4～20mA輸出作為通訊信號，將輸出信號傳遞到信號處理單元在中央控制室電腦顯示并設定相關的聯(lián)鎖保護系統(tǒng)及報警記錄設備。
　　（2）若液位信號達到報警值以后立即觸發(fā)相關聯(lián)鎖裝置使液位遠離報警液位。
　　（3）雷達液位計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用專用的信號處理單元，具有獨立的供電電源和備用電源，不能接入其他信號處理單元，以避免數(shù)據(jù)處理紊亂。
　　（4）按照雷達液位計安裝規(guī)范設置液位報警記錄設備，報警的歷史數(shù)據(jù)能夠作為分析處理故障的依據(jù)。

　　4 影響雷達液位計測量的因素
　　4.1 壓力
　　雷達液位計雖然在傳播微波信號時不受容器內(nèi)空氣密度的影響，所以在真空或受壓的環(huán)境下也能正常工作。但是由于液位計的結(jié)構(gòu)原因，當容器內(nèi)的壓力高于某一范圍時，雷達液位計就會產(chǎn)生較大的測量誤差，故其在使用過程中不能使容器內(nèi)壓力超過該允許壓力。當然不同公司的產(chǎn)品使用過程中對容器的高壓力要求是不同的，選型時需特別注意。
　　4.2 溫度
　　雷達液位計在傳播發(fā)射微波時，不需要空氣作為傳遞介質(zhì)，故容器內(nèi)空氣的溫度變化對微波的傳播速度沒有任何影響。但是，雷達液位計的天線系統(tǒng)，電子部件，微處理器卻不耐高溫，所以高溫環(huán)境中雷達液位計測量會有部分誤差，必須保證天線系統(tǒng)處于合適的工作溫度下才能正常工作。
　　4.3 被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)
　　介質(zhì)的相對介電常數(shù)是由其本身決定的，因此不同的介質(zhì)擁有不同的相對介電常數(shù)。如果介質(zhì)的相對介電常數(shù)過小，則會造成反射微波的衰減增大，造成反射微波的信號極大地衰減，影響測量數(shù)據(jù)。
　　4.4 液體的湍動和氣泡
　　液體的湍動和氣泡不僅會造成微波的散射和吸收，還會造成微波的反射和折射，二者都會使反射回的有效微波信號的強度受到極大地衰減，影響雷達液位計的正常測量。

　　5 雷達液位計的管理措施
　　雷達了液位計自投入運行以來，提高了對生產(chǎn)現(xiàn)場容器液位在線監(jiān)測的準確性和穩(wěn)定性，通過對容器液位精確的測量、監(jiān)測和聯(lián)鎖保護給操作工人判斷設備運行環(huán)境中設備運行狀況提供了很好的依據(jù)，直接為生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了可靠保障。
　　由于化工生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境比較復雜，容器液位的測量受到多方面的影響，如果不能精確的測量出容器的液位變化情況，極易發(fā)生不可挽回的安全事故，造成重大的人員和財產(chǎn)損失。針對如何解決化工生產(chǎn)中雷達液位計的安裝、使用、維護和故障處理，提出以下建議：
　　（1）針對被測量介質(zhì)的屬性，測量環(huán)境和容器結(jié)構(gòu)等狀況進行雷達液位計的選型工作。
　　（2）嚴格按照雷達液位計的安裝規(guī)范，進行液位計的安裝。
　　（3）必須嚴把采購時雷達液位計的質(zhì)量關，必須嚴格按規(guī)定采購符合國家及行業(yè)標準的產(chǎn)品。
　　（4）必須保證雷達液位計安裝前經(jīng)國家相關標準計量部門進行檢定，檢定合格后，方可投入使用。并建立檢定臺賬，確保雷達液位計按時進行檢定，測量值準確可靠。
　　（5）建立雷達液位計安裝使用臺賬，掌握其分布，及時記錄更新每臺儀表的測量數(shù)據(jù)，實施動態(tài)化管理。
　　（6）加強對設備的日常維護工作，做到及時發(fā)現(xiàn)隱患，及時處理。
　　（7）對于特殊重點容器內(nèi)液位計的安裝使用，可使用雙液位計，即安裝兩種不同測量方式的液位計，強化了容器液位測量的準確性。

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