霍金海

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司，河南洛陽(yáng) 471012)

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在汽包液位測(cè)量中的應(yīng)用

霍金海

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司，河南洛陽(yáng) 471012)

羅斯蒙特3300系列導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)是一種基于時(shí)域反射測(cè)量(TDR)原理、智能型、兩線(xiàn)制連續(xù)型液位變送器。與平衡容器相比，因其不受溫度、壓力、蒸汽氣體混合物、密度、起泡/沸騰、不同介電常數(shù)和黏度的影響，并具有蒸汽補(bǔ)償技術(shù)，保證了汽包液位的準(zhǔn)確測(cè)量。本文詳細(xì)介紹了此液位計(jì)的測(cè)量原理、安裝、組態(tài)、應(yīng)用及故障處理情況，使大家進(jìn)一步了解液位計(jì)。

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì);原理;應(yīng)用

洛陽(yáng)分公司制氫裝置汽包液位的測(cè)量選用了羅斯蒙特3300系列導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，它的導(dǎo)微波技術(shù)保證了該系列雷達(dá)液位計(jì)很高的精度和可靠性。其測(cè)量功能不受溫度、壓力、蒸汽氣體混合物、密度、起泡/沸騰、不同介電常數(shù)的介質(zhì)和黏度的影響，適用于大多數(shù)液體、半液體和液/液界位的測(cè)量，在制氫裝置使用至今極少出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)確等故障，保證了汽包液位的準(zhǔn)確測(cè)量。

1 雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理及其特點(diǎn)

1.1 雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理

根據(jù)麥克斯維電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，這種可變電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生的波稱(chēng)之為電磁波。電磁波從介質(zhì)1傳輸?shù)浇橘|(zhì)2，如果介質(zhì)2的介電常數(shù)大于介質(zhì)1的介電常數(shù)時(shí)，電磁波會(huì)產(chǎn)生反射，同時(shí)還有折射和衍射。超高速計(jì)時(shí)電路計(jì)算從發(fā)射電磁波到接收到反射波的時(shí)間差Δt，雷達(dá)頂部到液面的距離S=V×Δt/2，其中V為電磁波傳播速度。如果被測(cè)量容器高度為H，則液位高度L=H－S。

1.2 雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)

1.2.1 蒸汽補(bǔ)償技術(shù)

電磁波在不同介質(zhì)中的傳輸速度是不同的，比如在空氣中的傳輸速度比在蒸汽中要大;假設(shè)蒸汽工況條件下，如果采用空氣中的速度V來(lái)計(jì)算液位，根據(jù)原理公式L=H－S=H－ V×Δt/2，因?yàn)镾=V×Δt/2比實(shí)際值偏大，計(jì)算出來(lái)的液位值將比實(shí)際值偏小(誤差能達(dá)到10%)。蒸汽補(bǔ)償技術(shù)，就是導(dǎo)波雷達(dá)變送器通過(guò)發(fā)射參考脈沖，確定從發(fā)射參考脈沖到接收到反射脈沖的距離L＇不變，變送器內(nèi)部的超高速計(jì)時(shí)電路將計(jì)算參考脈沖波從發(fā)射到接受的傳導(dǎo)時(shí)間差Δt＇，計(jì)算出實(shí)際蒸汽工況條件下的電磁波速度 V＇=2L＇/Δt＇，這樣，實(shí)際蒸汽工況條件下的實(shí)際液位值將是L=H－S=H－V＇×Δt/2=H－ L＇× Δt/Δt＇。

1.2.2 散熱技術(shù)

蒸汽型導(dǎo)波雷達(dá)桿的散熱器部分，散熱層采用了適合飽和蒸汽條件的氧化鋁和PEEK(高溫塑料)為絕熱材料，導(dǎo)波桿的散熱器電磁波傳輸部分采用黃金材料。

2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)安裝要求

雷達(dá)液位計(jì)變送器的安裝，必須綜合考慮安裝要求、容器特性和過(guò)程連接等因素。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)變送器連接的導(dǎo)波桿有剛性單引線(xiàn)、剛性雙引線(xiàn)、撓性單引線(xiàn)、撓性雙引線(xiàn)和同軸杠桿幾種類(lèi)型。同軸式杠桿特別適用于產(chǎn)生蒸汽和湍流的沸騰狀態(tài)場(chǎng)合的使用，制氫裝置汽包液位計(jì)選用了同軸式探桿連接方式。同軸式探桿對(duì)測(cè)量室直徑要求不高，只要大于探桿直徑38 mm(剛性引線(xiàn)需要大于50 mm，撓性引線(xiàn)需要大于75 mm)。同軸式探桿對(duì)于測(cè)量室頂部安裝距離沒(méi)有特殊的要求(剛性引線(xiàn)需大于100 mm，撓性引線(xiàn)需大于300 mm)。變送器安裝時(shí)還需注意以下幾個(gè)方面:①?lài)?yán)禁靠近入口管線(xiàn)安裝;②如果在湍流狀態(tài)探桿晃動(dòng)搖擺，需在底部固定;③避免靠近加熱盤(pán)管;④確保探桿不與其他物體接觸。

3 羅斯蒙特導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)參數(shù)組態(tài)

羅斯蒙特3300系列導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)支持HART通訊協(xié)議，使用HART手操器可以設(shè)置如下參數(shù):變送器變量(液位指示，%)、變送器單位(液位，mm)、參考測(cè)量高度(上部參考點(diǎn)至底部的距離)、探桿長(zhǎng)度(上部參考點(diǎn)至探桿末端的距離)、探桿類(lèi)型(同軸式)、介電常數(shù)(界位測(cè)量必須定義上層介電常數(shù)，用于界面高度)、蒸汽介電常數(shù)(重蒸汽對(duì)液位測(cè)量顯著影響，可輸入蒸汽介電常數(shù)對(duì)影響進(jìn)行補(bǔ)償，默認(rèn)值1)、測(cè)量模式(液位測(cè)量)、探桿夾角(探桿與垂線(xiàn)之間的夾角，默認(rèn)值為0)、上層產(chǎn)品最大厚度(界位測(cè)量時(shí)設(shè)定上層最大厚度參數(shù))、阻尼(默認(rèn)值為0)、顯示(顯示變量和語(yǔ)言)、4mA和20 mA對(duì)應(yīng)點(diǎn)(20 mA對(duì)應(yīng)點(diǎn)設(shè)置在上部靜壓區(qū)下方，對(duì)應(yīng)點(diǎn)在負(fù)壓取壓口處600 mm，4mA對(duì)應(yīng)點(diǎn)設(shè)置在下部靜壓區(qū)上部，對(duì)應(yīng)點(diǎn)在正壓取壓口處100 mm)。經(jīng)過(guò)這些基本設(shè)置，雷達(dá)液位計(jì)CPU能根據(jù)參數(shù)設(shè)置情況自動(dòng)計(jì)算出當(dāng)前液位值，保證了汽包液位的準(zhǔn)確測(cè)量。

4 羅斯蒙特導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的應(yīng)用

制氫裝置汽包是產(chǎn)汽系統(tǒng)的主要部分，利用轉(zhuǎn)化爐煙氣段的高溫?zé)崃亢蜖t出口轉(zhuǎn)化氣高溫余熱，產(chǎn)出3.5MPa蒸汽，一部分作為工藝上的配汽參與反應(yīng)，另一部分外送至中壓蒸汽管網(wǎng)。由于汽包對(duì)于制氫裝置的重要性，測(cè)量汽包液位共設(shè)計(jì)使用了三種測(cè)量?jī)x表(導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)、平衡容器液位計(jì)、玻璃板液位計(jì))，經(jīng)長(zhǎng)期生產(chǎn)驗(yàn)證:導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量精確度高、反應(yīng)速度快，儀表人員連續(xù)10天觀察記錄汽包液位的三種儀表測(cè)量值數(shù)據(jù)，如表1所示。

由表1可以得出，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定、真實(shí)。所以，導(dǎo)波雷達(dá)技術(shù)與先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)的完美組合，使得羅斯蒙特3300系列導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)成為蒸汽和湍流沸騰工況下液位測(cè)量的理想解決方案。日常使用中維護(hù)費(fèi)用低、幾乎免維護(hù)，要求備品備件少、節(jié)約資金，降低了儀表人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)效率，智能化、精度高、工作可靠、功能強(qiáng)大，具有自檢功能，抗干擾能力強(qiáng)。

表1 雷達(dá)液位計(jì)與平衡容器液位計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)玻璃板液位計(jì)使用對(duì)比

5 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的典型故障分析

只要安裝及參數(shù)組態(tài)正確，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)大多數(shù)情況下測(cè)量精準(zhǔn)、故障極少，所以制氫裝置導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)投用后測(cè)量狀態(tài)一直平穩(wěn)、準(zhǔn)確。但是，也曾出現(xiàn)過(guò)一次指示不準(zhǔn)的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為:現(xiàn)場(chǎng)玻璃板液位計(jì)指示平穩(wěn)，無(wú)波動(dòng)現(xiàn)象，而導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)指示在35%～79%之間波動(dòng)。故障現(xiàn)象出現(xiàn)后，儀表人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)閉了測(cè)量室正負(fù)引壓管的截止閥，示值波動(dòng)現(xiàn)象消失;對(duì)測(cè)量室進(jìn)行排放過(guò)程中示值的變化也是連續(xù)、平穩(wěn)的;對(duì)測(cè)量室的回零檢查也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題;但是，檢查完畢重新投用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，波動(dòng)現(xiàn)象依然存在。隨后儀表人員分析是否由于工藝工況發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)指示失靈。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，若在導(dǎo)波雷達(dá)表面存在重蒸汽，對(duì)液位的測(cè)量將會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，在這種情況下，輸入蒸汽介電常數(shù)可對(duì)該影響進(jìn)行補(bǔ)償(默認(rèn)值為1)。隨即儀表人員重新輸入重蒸汽介電常數(shù)，故障現(xiàn)象消失，儀表指示平穩(wěn)，準(zhǔn)確。

6 結(jié)束語(yǔ)

羅斯蒙特3300系列導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在汽包液位測(cè)量中完全能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求，是一種性?xún)r(jià)比很高的儀表，其工作性能穩(wěn)定可靠，操作方便安全，保護(hù)等級(jí)較高，抗干擾能力強(qiáng)，值得推廣應(yīng)用。但是，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)不同工況介質(zhì)采用不同的選型及參數(shù)組態(tài)來(lái)獲得最佳測(cè)量效果。

TQ050.3

B

1003－3467(2012)05－0051－02

2012－01－14

霍金海(1982－)，男，助工，從事儀表設(shè)備維護(hù)工作，電話(huà):13783122427。