張金鵬

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

文中主要介紹了微波料位開關(guān)在純堿料倉中的應(yīng)用。大型純堿料倉的料位參數(shù)是保證生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)之一，其測量結(jié)果直接影響控制的準確性和生產(chǎn)的連續(xù)性，而料倉的極限料位則是測量過程中的關(guān)鍵參數(shù)。

通過在料倉的低料位處安裝1對微波料位開關(guān)，實現(xiàn)對料倉低料位的監(jiān)測，當(dāng)料位過低時，接收端接收的微波信號會產(chǎn)生變化，并向分散控制系統(tǒng)(DCS)發(fā)出1個開關(guān)量信號，實現(xiàn)低料位報警聯(lián)鎖。

1　純堿料倉的工況背景

1.1　料倉的結(jié)構(gòu)形式

在某大型純堿項目中，重質(zhì)純堿料倉如圖1所示。料倉的頂部為拱形結(jié)構(gòu)，上部為圓柱形筒倉結(jié)構(gòu)，下部為錐形結(jié)構(gòu)，錐段高10 m，剖視圖方向的錐形角度為26.7°，整個筒倉高27 m，直徑達18 m。

圖1　純堿料倉結(jié)構(gòu)示意

料倉頂部N1a，N1b，N1c，N1d分別為4個進料口。料倉底部并排設(shè)置4個出料口，分別為N2a，N2b，N2c和N2d。由于4個出料口呈矩形排列，因而料倉底部結(jié)構(gòu)不是標(biāo)準圓錐形結(jié)構(gòu)。圖2為錐形料倉底部的側(cè)視圖。

圖2　料倉底部側(cè)視圖示意

1.2　重質(zhì)純堿的物料特性

重質(zhì)純堿即高純度碳酸鈉(Na2CO3)，密度0.96～1.06 g/cm3，粒徑0.15～0.90 mm。碳酸鈉常溫下為白色無氣味的粉末或顆粒,有吸水性，置于空氣中會逐漸吸收 1 mol/L的水分；長期暴露在空氣中能吸收空氣中的水分及二氧化碳，生成碳酸氫鈉，并結(jié)成硬塊。

2　微波料位開關(guān)在純堿料倉的應(yīng)用

由于純堿具有吸水性的特點，為了避免傳感器掛料或者物料吸水附著在傳感器上，因而首選非接觸式的測量方法。同時，由于大型重質(zhì)純堿料倉的底部結(jié)構(gòu)不規(guī)則，且物料下料時會形成一定的安息角，并在料倉內(nèi)形成較高體積分數(shù)的懸浮顆粒物，這些因素會對頂裝、連續(xù)測量的雷達料位計等的精度和準確度產(chǎn)生干擾。因此，在該純堿項目中，采用VEGA的微波料位開關(guān)測量料位的極限值，實現(xiàn)純堿料倉的低料位報警聯(lián)鎖。

2.1　測量原理

如圖3所示，微波料位開關(guān)由1個微波發(fā)射器和1個微波接收器組成，分別裝在料倉底部的兩端,發(fā)射器發(fā)出1個連續(xù)的24 GHz微波信號，對面的微波接收器接收該信號。如果料位到達一定高度，物料就會阻斷微波的信號通道，使接收器收到的信號產(chǎn)生衰減，從而向控制系統(tǒng)發(fā)出1個開關(guān)信號。由于微波料位開關(guān)不與物料直接接觸，只要微波信號通道被物料阻斷就能發(fā)出開關(guān)信號，因而非常適用于塊狀或者磨蝕性固料的檢測。

圖3　微波料位開關(guān)測量原理示意

2.2　微波料位開關(guān)的測量方式

1) 直接測量。當(dāng)物料對料倉震動沖擊不大，且物料沖刷性和粘附性不強時，可采用在罐壁上直接安裝的測量方式，要求盡可能齊平安裝，或者采取很短的焊接接管，如圖4所示。

圖4　直接測量示意

2) 窗口測量。當(dāng)料倉倉體震動強烈，或罐壁受力很大的情況下，可采用窗口測量的方式。要求視窗齊平于倉壁，視窗材質(zhì)根據(jù)被測介質(zhì)的物料特性，可選塑料、橡膠、陶瓷或耐磨損材質(zhì)。在料倉和微波料位開關(guān)之間使用抗震緩沖物，如圖5所示。

圖5　窗口測量示意

3) 接管測量。如圖6所示，將微波料位開關(guān)安裝在料倉的長接管上，根據(jù)物料的特性不同，可在接管內(nèi)填充不同的填充物。這樣做的優(yōu)點： 填充材料不會導(dǎo)致信號衰減；接管內(nèi)不會粘附物料而導(dǎo)致測量受到干擾；填充物可根據(jù)物料的特性進行更換，如強熱輻射的場合可填充石棉、陶瓷纖維或耐火磚等材料；填充材料的形狀可根據(jù)料倉的結(jié)構(gòu)形式進行切割，保證其內(nèi)側(cè)與料倉內(nèi)壁齊平。在該純堿項目中，微波料位開關(guān)在錐形料倉底部的安裝方式如圖7所示。

圖6　接管測量

圖7　錐形料倉底部安裝示意

2.3　注意事項

1) 微波是能量的一種偏振形式。因此，必須要把接收器和發(fā)射器排列在同一平面內(nèi)，否則，接收器接收到的能量將隨著偏差角度的增大而增大，甚至無法檢測到能量信號。

2) 當(dāng)安裝位置選定后，無論是普通測量還是接管測量，須盡量保證設(shè)備內(nèi)側(cè)位置或填充物內(nèi)側(cè)與料倉內(nèi)壁齊平，最大限度地減小物料的堆積，以免引起誤動作。而且，填充物的厚度越大，對微波信號產(chǎn)生的衰減作用越強。不同材質(zhì)的填充物允許的最大厚度見表1所列。

3) 當(dāng)微波料位開關(guān)安裝位置導(dǎo)致極限料位高度不便于觀測，可采用遠程型微波料位開關(guān)。發(fā)射器與接收器只作為傳感器，需額外配置信號放大器，安裝在便于觀測的位置，開關(guān)量信號通過信號放大器發(fā)送至DCS。

表1　常用材質(zhì)填充物允許的最大厚度

4) 對于環(huán)境溫度超過60 ℃的測量，必須填充陶瓷或耐火磚以確保傳感器處于安全環(huán)境溫度下工作，否則必須延長接管長度或者配置高溫型適配器。

3　結(jié)束語

綜上所述，微波料位開關(guān)適用于惡劣的工況，對物料的粘附不敏感，不受強粉塵的影響，也不受物料特性變化的影響，如密度、顆粒度、介電常數(shù)、濕度、導(dǎo)電性等。同時，微波料位開關(guān)的安裝形式和測量方法也可以根據(jù)料倉結(jié)構(gòu)形式的不同進行調(diào)整。因此，針對純堿的物料特性以及不同形式的料倉結(jié)構(gòu)特點，微波料位開關(guān)在純堿極限料位的測量中能夠達到良好的效果。

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