曾宗華

【摘 要】文章首先闡述了SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)、儀表參數(shù)設(shè)置及探頭安裝應(yīng)具備的條件等，其次針對(duì)該液位計(jì)在來(lái)賓華錫冶煉有限公司鋅浸出生產(chǎn)工序的使用情況、存在的問(wèn)題及其改進(jìn)措施做了詳細(xì)論述，最后從儀表質(zhì)量、工藝、環(huán)境要求及儀表維護(hù)方面提出確保液位計(jì)正常使用的建議。

【關(guān)鍵詞】超聲波液位計(jì)；工作原理；探頭；上清貯槽；液位；應(yīng)用實(shí)例；儀表維護(hù)；環(huán)境因素

【中圖分類號(hào)】TD94 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）08-0078-03

0 前言

來(lái)賓華錫冶煉有限公司（簡(jiǎn)稱來(lái)冶公司）鋅浸出工序采用“熱酸鐵礬法沉鐵”連續(xù)浸出工藝，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的中、低、高、沉礬4種上清液分別送到相對(duì)應(yīng)的中、低、高、沉礬上清貯槽作為生產(chǎn)中轉(zhuǎn)。在正常生產(chǎn)中，需要及時(shí)了解各段上清貯槽的精確液位，這對(duì)整個(gè)鋅系統(tǒng)的生產(chǎn)指揮、操作都非常重要。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，各上清貯槽的液位如果控制不當(dāng)，冒槽現(xiàn)象不可避免，就會(huì)造成環(huán)境污染和有價(jià)鋅金屬的流失。而檢測(cè)各上清貯槽的液位是濕法煉鋅過(guò)程中確保體積平衡的一個(gè)重要過(guò)程參數(shù)。2011年，來(lái)冶公司從斯奧特自動(dòng)化儀表有限公司引進(jìn)了SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)用于鋅浸出工序各上清貯槽液位的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，在生產(chǎn)中起到了舉足輕重的作用。

1 超聲波液位計(jì)工作原理及主要參數(shù)

1.1 工作原理

SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)，主要由探頭（包括傳感器、信號(hào)變送器組合）和數(shù)顯控制儀表組成，采用先進(jìn)的智能檢測(cè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。該液位計(jì)是一體化設(shè)計(jì)，傳感器和信號(hào)變送器均裝在探頭中，結(jié)構(gòu)緊湊，傳感器與信號(hào)變送器之間不需外部接線，減少了信號(hào)損失，抗干擾能力強(qiáng)，可在現(xiàn)場(chǎng)就地顯示（如圖1所示）。它具有測(cè)量精度高、抗干擾信號(hào)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種貯槽液位的測(cè)量。超聲波傳感器在微處理器的控制下發(fā)射和接收超聲波，并由超聲波在空中的傳播時(shí)間（t）來(lái)計(jì)算出超聲傳感器與被測(cè)物之間距離（S），由于聲波在空中傳播速度（c）是一定的，根據(jù)計(jì)算公式S=ct/2可計(jì)算出超聲傳感器與被測(cè)液面之間的距離（S），超聲傳感器與上清貯槽底部距離（空距）H是一定的，故被測(cè)上清貯槽液位h=H-S。其中，h為超聲波液位計(jì)顯示液位數(shù)值（貯槽底部到液面之間的距離），H為空高（超聲傳感器底面與上清貯槽底部之間距離），S為超聲傳感器底面與被測(cè)液面之間距離（如圖1所示）。

1.2 主要參數(shù)

SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

2 超聲波液位計(jì)安裝與調(diào)試

2.1 液位計(jì)探頭（傳感器）的安裝及滿足條件（如圖2、圖3所示）

一體化液位計(jì)儀表的安裝十分方便，可直接利用探頭上螺紋和螺帽通過(guò)法蘭直接固定在貯槽頂部或安裝在支架、立管上，并滿足以下條件。

（1）探頭要垂直液面安裝，如果采用支架安裝要固定牢靠，避免支架搖擺影響測(cè)量精度。

（2）探頭安裝必須高于最高液位40～60 cm，避免測(cè)量進(jìn)入儀表盲區(qū)，導(dǎo)致儀表在此區(qū)域無(wú)法正常工作。

（3）在超聲波10 °發(fā)射角內(nèi)不應(yīng)有障礙物，避免發(fā)生錯(cuò)誤回波。

（4）探頭要避免陽(yáng)光直曬，保證與環(huán)境溫度一致，以確保測(cè)量準(zhǔn)確。

（5）要避免探頭受到振動(dòng)，安裝時(shí)可在探頭與法蘭或支架之間加入橡膠墊，用來(lái)消除振動(dòng)影響。

2.2 超聲波液位計(jì)參數(shù)設(shè)置

2.2.1 參數(shù)代碼意義

PASS為密碼輸入（通過(guò)儀表鍵盤輸入數(shù)字進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定）；P-00為空距（設(shè)成探頭底面到液位值為0位置距離）；P-01為滿度（20 mA電流設(shè)定點(diǎn)）；P-02為測(cè)量盲區(qū)（盲區(qū)是探頭底面到測(cè)量液面的最小距離，在這一區(qū)間內(nèi)儀表無(wú)法正常工作，一般取值30～60 cm）；P-03為測(cè)量數(shù)據(jù)的變化率，一般測(cè)液位時(shí)設(shè)定為10～30 mm；P-04為顯示距離與液位的切換，設(shè)定為“00”時(shí)顯示距離、“01”時(shí)顯示液位。

2.2.2 參數(shù)設(shè)置操作

在實(shí)際操作中，只要根據(jù)儀表說(shuō)明書(shū)中給出參數(shù)設(shè)置流程，按步驟進(jìn)行操作就可以了，一般情況下，只要測(cè)量出各上清貯槽的最高液面（儀表量程）和探頭底面到貯槽底部的距離（空距），然后通過(guò)鍵盤輸入空距和滿度值，儀表即可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

3 應(yīng)用實(shí)例與存在問(wèn)題、改進(jìn)措施

3.1 實(shí)例

2011年，來(lái)冶公司引進(jìn)SONIC一體化超聲波智能非接觸式液位計(jì)安裝于鋅浸出工序的低浸6#、7#，中浸9#、10#，沉礬3#、4#上清貯槽中使用。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作人員反映該超聲波液位計(jì)具備現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，還可通過(guò)接入二次數(shù)顯儀表，在主控操作室集中顯示，并有超限報(bào)警功能，當(dāng)某上清貯槽液位超出所設(shè)定貯槽液位報(bào)警數(shù)值時(shí)，儀表會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒崗位操作人員及時(shí)采取相應(yīng)措施，避免出現(xiàn)冒槽現(xiàn)象。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量上清貯槽實(shí)際液位，再與液位計(jì)實(shí)際顯示讀數(shù)相比較，進(jìn)行在線標(biāo)定證實(shí)該液位計(jì)質(zhì)量可靠，運(yùn)行穩(wěn)定性高，其測(cè)量精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于各上清貯槽液位得到有效控制，崗位操作人員可隨時(shí)了解各貯槽液位情況，這樣既方便工藝技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)崗位人員按生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)變化情況進(jìn)行操作，同時(shí)也可避免貯槽內(nèi)溶液溢出發(fā)生冒槽現(xiàn)象，避免有價(jià)金屬流失和出現(xiàn)污染環(huán)境的問(wèn)題，從而有效地保證了鋅浸出工序生產(chǎn)正常有序開(kāi)展。

3.2 問(wèn)題與分析

安裝在上清貯槽上方的超聲波液位計(jì)，在夏季使用比較正常，但到了冬季就容易出現(xiàn)問(wèn)題，如儀表顯示數(shù)值出現(xiàn)漂移、顯示不穩(wěn)定、儀表故障率高。經(jīng)分析后得知，來(lái)冶公司的鋅浸出工序是采用高溫高酸濕法煉鋅工藝，一旦冬季來(lái)臨時(shí)，上清貯槽槽面上會(huì)產(chǎn)生大量帶有酸霧的水蒸氣，它對(duì)超聲波探頭有較強(qiáng)的腐蝕性。當(dāng)帶有酸霧的水蒸氣經(jīng)探頭的電源及信號(hào)電纜進(jìn)出線孔進(jìn)入探頭內(nèi)部后，會(huì)造成液位計(jì)測(cè)量數(shù)值不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致液位計(jì)電路板短路燒壞。同時(shí)，帶酸霧的水蒸氣會(huì)對(duì)電路板造成嚴(yán)重腐蝕，大大縮短了液位計(jì)的使用壽命。此外，超聲波探頭處于85 ℃左右環(huán)境溫度下使用，已超出儀表正常工作溫度范圍，導(dǎo)致個(gè)別探頭（傳感器、變送器）儀表電路中的電子元件工作不穩(wěn)定，使測(cè)量數(shù)值出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，儀表讀數(shù)失真，不能真實(shí)地反映上清貯槽的實(shí)際液位，對(duì)生產(chǎn)造成較大影響。

3.3 改進(jìn)措施

針對(duì)上述問(wèn)題，來(lái)冶公司與儀表生產(chǎn)廠家共同探討，使問(wèn)題很快得到圓滿解決。對(duì)探頭進(jìn)入水蒸氣的問(wèn)題，建議廠家在儀表出廠時(shí)增強(qiáng)探頭表面的密封性，特別是對(duì)進(jìn)出線孔要進(jìn)行密封處理，在安裝過(guò)程中采用硅膠對(duì)進(jìn)出線孔進(jìn)行二次密封處理，避免帶有酸霧的水蒸氣進(jìn)入探頭內(nèi)部，造成電路短路及電子元件被腐蝕而損壞。對(duì)個(gè)別儀表讀數(shù)不穩(wěn)定的問(wèn)題，經(jīng)與廠家技術(shù)人員分析后一致認(rèn)為是個(gè)別電子元件存在質(zhì)量問(wèn)題，當(dāng)環(huán)境溫度高于儀表正常工作溫度時(shí)，電路容易出現(xiàn)溫漂現(xiàn)象，造成儀表顯示不穩(wěn)定。針對(duì)電子元件的溫漂問(wèn)題，廠家對(duì)儀表電路重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)故障探頭內(nèi)的電路板進(jìn)行更換。以上2個(gè)問(wèn)題得以解決后，不僅超聲波液位計(jì)的使用壽命大大延長(zhǎng)了，確保了來(lái)冶公司鋅浸出工序生產(chǎn)正常，而且還大大減少了儀表維修工作量，降低了生產(chǎn)計(jì)量成本。

4 儀表維護(hù)

超聲波液位計(jì)經(jīng)安裝調(diào)試投入生產(chǎn)運(yùn)行后，能否精確測(cè)量各貯槽液位，除了與儀表本身質(zhì)量及使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素有很大關(guān)系外，搞好日常的儀表操作與維護(hù)工作也是至關(guān)重要的。崗位操作和儀表維修人員要對(duì)液位計(jì)的結(jié)構(gòu)、測(cè)量原理有充分了解，并要求定期巡檢，注意觀察一、二次儀表顯示數(shù)值是否正常。當(dāng)發(fā)現(xiàn)超聲波液位計(jì)一、二次儀表顯示數(shù)值不符時(shí)，一定要及時(shí)通知儀表維修人員重新調(diào)校、修正，避免儀表不正常讀數(shù)誤導(dǎo)生產(chǎn)管理者出現(xiàn)錯(cuò)誤指揮及崗位操作人員出現(xiàn)誤操作，避免對(duì)生產(chǎn)造成重大的影響。

5 結(jié)論

超聲波液位計(jì)在來(lái)冶公司的鋅浸出工序中得到推廣應(yīng)用，基本滿足生產(chǎn)需要。雖然在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，后經(jīng)與生產(chǎn)廠家共同攻關(guān)，問(wèn)題得以圓滿解決。由此可見(jiàn)，確保超聲波液位計(jì)正常使用的前提條件是必須充分考慮使用現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝及所測(cè)介質(zhì)環(huán)境因素的影響，這對(duì)于SONIC一體化智能非接觸式超聲波液位計(jì)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]宋繼紅.超聲波液位檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.

[2]劉志勇.超聲檢測(cè)技術(shù)在洗水凈化環(huán)節(jié)的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013（S2）.

[3]錢勇.超聲波檢測(cè)技術(shù)在長(zhǎng)輸油管道的應(yīng)用研究[D].黑龍江：東北石油大學(xué)，2013.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]