屈竹

瀘天化股份有限公司，四川瀘州 646300

0 前言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，料位屬于關(guān)鍵參數(shù)之一。對料位進(jìn)行測量的方式較多，根據(jù)工況以及介質(zhì)存在的不同，需運用與之對應(yīng)的測量方式。對于料位測量儀表而言，較為常用的主要涉及浮筒式、靜壓式、重錘式、超聲波等，這些方式均涉及不同的特點與應(yīng)用范圍。導(dǎo)波雷達(dá)料位計憑借雷達(dá)測量技術(shù)，可以實現(xiàn)非接觸測量，并且耐老化以及磨損性能強(qiáng)，不會受到壓力、溫度、真空等因素的影響。采用先進(jìn)的兩線制技術(shù)及數(shù)字型輸出，測量分辨率高（±1 mm），可靠性強(qiáng)。同時，導(dǎo)波雷達(dá)料位計憑借其能夠在易結(jié)疤、蒸汽大、溫度高、強(qiáng)腐蝕等環(huán)境中正常運轉(zhuǎn)等優(yōu)勢得到了廣泛的運用。

1 導(dǎo)波雷達(dá)液位計原理

導(dǎo)波雷達(dá)液位計指的是將時域反射原理（Time Domain Reflectometry，TDR）作為基礎(chǔ)的一種雷達(dá)液位計，其電磁脈沖主要沿鋼纜，亦或是探棒進(jìn)行光速傳播[1]。雷達(dá)液位計一旦同被測介質(zhì)表面相遇，那么便會反射出一些脈沖，進(jìn)而形成回波，然后沿著一樣的路線回到脈沖發(fā)射裝置，兩者之間的距離與脈沖在兩者之間的傳播時間關(guān)系為正比，通過計算獲取液體高度。另外，導(dǎo)波雷達(dá)液位計涉及到的技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)為能夠測量液體、顆粒、漿料的連續(xù)物位，并且在實際運用過程中，導(dǎo)波雷達(dá)液位計不會被介質(zhì)、溫度變化，以及泡沫、蒸汽、粉塵等干擾。同時，導(dǎo)波雷達(dá)液位計在精度方面為5 mm，量程60 m，可在250°和40 kg高壓的環(huán)境中正常工作，適用于爆炸危險區(qū)域。除此之外，導(dǎo)波雷達(dá)液位計還能夠在固體顆粒、酸堿儲罐、小型儲油罐，以及導(dǎo)電、非導(dǎo)電、腐蝕性介質(zhì)中運用，諸如酸罐、灰倉等。

2 選型及現(xiàn)場安裝

2.1 選型注意事項

掛料問題：對于粘稠且容易結(jié)晶的介質(zhì)，在導(dǎo)波雷達(dá)方式中并不適用，能夠測量一般液體和液態(tài)烴類；

抗拉強(qiáng)度：在液體測量的過程中應(yīng)用4 mm天線，可截斷，張力能夠達(dá)到1 T；

腐蝕：現(xiàn)階段，對于導(dǎo)波雷達(dá)液位計而言，天線和法蘭均采取316材質(zhì)，可迎合大多數(shù)介質(zhì)的要求，基于一些特殊腐蝕性介質(zhì)而言，需要特殊制作；

最小介電常數(shù)：結(jié)合不同介質(zhì)涉及到的不同介電常數(shù)，選擇相應(yīng)的液位計；

安裝尺寸：立足于現(xiàn)場具體需求，明確法蘭形式、尺寸以及螺紋尺寸等；

天線的選擇：參考測量不同類型容器、不同安裝方式、介質(zhì)特性等，選擇單纜、雙纜、單桿、雙桿、同軸電纜等[2]。

2.2 安裝應(yīng)注意的問題

對于導(dǎo)波雷達(dá)液位計而言，是否能夠發(fā)揮作用，重點在于反射波信號。若安裝位置、液面無法把電磁波順利地反射回雷達(dá)天線，亦或是信號波范圍中存在干擾物向雷達(dá)液位計反射干擾波，那么就會導(dǎo)致雷達(dá)液位計無法將具體液位反映出來[3]。對此，為了能夠有效避免雷達(dá)液位計出現(xiàn)障礙，維持穩(wěn)定的運行狀態(tài)，需確保安裝工作的合理性?？茖W(xué)地選擇安裝位置與導(dǎo)波雷達(dá)液位計作用的發(fā)揮緊密相關(guān)，具體安裝時需要重視以下幾點：

（1）對液態(tài)物料進(jìn)行測量的過程中，導(dǎo)波雷達(dá)液位計的天線軸線必須同液位反射表面保持垂直狀態(tài)，傳感器軸線與介質(zhì)表面也是如此。而在測量固態(tài)物料的過程中，因為固體介質(zhì)存在堆角，因此傳感器應(yīng)稍微傾斜，防止發(fā)射角中存在會引起假反射的相關(guān)裝置；

（2）值得注意的是，障礙裝置盡量遠(yuǎn)離天線最近三分之一的錐形發(fā)射區(qū)，這主要是由于障礙裝置越近，所形成的虛假發(fā)射信號也就越強(qiáng)，如果無法避免，那么可通過折射板把較強(qiáng)的虛假反射信號折射走，進(jìn)而減小假回波能量密度，讓傳感器輕易地濾出虛假信號；

（3）在選擇導(dǎo)波雷達(dá)液位計位置時，應(yīng)同出料口、進(jìn)料口保持一定的距離，避免出現(xiàn)虛假反射；

（4）安裝傳感器的過程中，不可以選擇拱形罐中心區(qū)域，不然會加強(qiáng)傳感器接收到的虛假回波，也不可與罐壁較近，盡量安裝在容器半徑的一半?yún)^(qū)域中；針對金屬蓋、塑料管，量程范疇中不得進(jìn)行碰撞。對于圓形、橢圓形容器而言，盡量安裝在同中心距離一半的區(qū)域，不得將其安裝在中心處，否則雷達(dá)波便會出現(xiàn)多重反射的情況，并漸漸向容器頂部中心處集中，形成強(qiáng)大的干擾波，不利于測量準(zhǔn)度；

（5）不可在渦流較強(qiáng)的地方安裝。如化學(xué)反應(yīng)明顯或攪拌等行為，可運用導(dǎo)波管與旁通管測量；

（6）若直接把傳感器安裝在接管上，接管中便可直接抽出天線，喇叭口天線伸出接管長度不得低于10 mm，棒式天線接管則不得超過100 mm或250 mm，接管直徑最小250 mm。值得注意的是，最好采用增加接管直徑的方式，以此來有效削弱接管所引起的干擾回波；

（7）導(dǎo)波管內(nèi)壁始終處于光滑狀態(tài)，下面開口的導(dǎo)波管必須滿足最低液位的需求，如此可以在管道中測量；

（8）針對傳感器而言，其類型牌必須同導(dǎo)波管開孔的軸線對齊。如果被測定介電常數(shù)＜4，則必須將反射板安裝在導(dǎo)波管末端，也可把導(dǎo)波管末端弄彎，如此可有效折射反射回波；

（9）天線不得同短管或管壁進(jìn)行密切接觸，必須牢牢拉緊天線，在容器低端固定，同時預(yù)留好適宜的寬度；

（10）針對天線信號感應(yīng)圈而言，不得安裝任何結(jié)構(gòu)件，若同一容器安裝各種液位計時，天線之間應(yīng)保持1 m以上的距離[4]。

3 故障處理

3.1 探頭結(jié)疤與頻繁故障的解決方式

首先，導(dǎo)波雷達(dá)液位計進(jìn)行安裝的過程中需要適當(dāng)提高位置，若受外界因素影響無法提高，那么就需要運用將液位測量值與該槽的泵聯(lián)鎖的方法處理此問題，把最高液位設(shè)定值降低0.5 m，如果液位上升到最高值后，那么停進(jìn)亦或是開啟出料泵。

3.2 處理天線結(jié)疤

對于介電常數(shù)小的掛料而言，干燥狀態(tài)下不會對測量產(chǎn)生影響，但如果介電常數(shù)較高，那么就會對測量產(chǎn)生影響。對此，可通過壓縮空氣進(jìn)行吹掃，亦或是通過清水沖洗，同時，冷卻的壓縮空氣能夠讓法蘭與電器元件溫度得到降低。另外，還可以利用酸性清洗液對堿性結(jié)疤進(jìn)行清洗，但清洗過程中不可以測量液位。

3.3 被淹的處理方式

解決此問題的方式表現(xiàn)為把導(dǎo)波雷達(dá)液位計改成導(dǎo)波管式測量。依然在原開孔位置對導(dǎo)波管式雷達(dá)液位計進(jìn)行安裝，需要注意的是，導(dǎo)波管需要高于排氣管0.2 m，運用此方式之后，當(dāng)出現(xiàn)液漿從排氣管溢出的狀況時，不會導(dǎo)致液位計天線被料漿淹沒，同時還能夠防止攪拌器渦流的影響以及蒸汽由探頭區(qū)域冒出，降低對探頭的損害，并且在導(dǎo)波管聚焦效果良好的作用下，可以讓接收的雷達(dá)信號更強(qiáng)，獲取真實、可靠的測量效果[5]。因此，運用導(dǎo)波管測量的方法能夠?qū)Ρ碛嫓y量條件進(jìn)行全面的優(yōu)化，促進(jìn)儀表測量性能的全面提高，推廣價值高。

4 故障處理的案例分析

某輕污油儲罐雷達(dá)液位計在回波信號方面偏弱，難以開展液位測量工作，儲罐在付料的過程中，液位不超過5 m，DCS顯示液位值維持在7 m。對故障進(jìn)行分析處理的步驟主要涉及以下幾點：

（1）對通訊進(jìn)行檢查。通過調(diào)試軟件對雷達(dá)組態(tài)數(shù)據(jù)以及回波強(qiáng)度進(jìn)行檢查，但是并未發(fā)現(xiàn)異常；

（2）對波形圖進(jìn)行檢查。結(jié)合波形圖，可總結(jié)出存在波形雜亂、干擾多的情況，回波信號弱，不超過200 mV，極易產(chǎn)生液位信號跳段的狀況，波峰值維持在7 m，和具體液位之間不符；

（3）對工藝介質(zhì)進(jìn)行全面排查。結(jié)合生產(chǎn)工藝對清污油涉及到的成分進(jìn)行分析，污油在介質(zhì)方面較為復(fù)雜，可能在介質(zhì)表面出現(xiàn)不平整氣泡以及漂浮污油的狀況，并影響雷達(dá)波，導(dǎo)致回波信號減弱。另外，收料介質(zhì)以粗汽油為主，輕烴組分容易揮發(fā)凝結(jié)，使雷達(dá)天線信號減弱，但因為涉及較大的工藝風(fēng)險，暫時沒有開蓋判斷；

（4）對電子單元進(jìn)行更換。由于電子單元故障會導(dǎo)致發(fā)射雷達(dá)波信號出現(xiàn)減弱的狀況，亦或是難以實現(xiàn)正常的回波處理通訊，對新電子單元進(jìn)行更換之后，對回波進(jìn)行處理，仍然未恢復(fù)正常；

（5）對雷達(dá)頭以及天線連接的鋁制導(dǎo)波套管進(jìn)行檢查。對于此套管而言，主要是讓雷達(dá)波維持在穩(wěn)定的狀態(tài)中，然后向天線傳導(dǎo)，通過檢查之后發(fā)現(xiàn)鋁制管套存在缺失的狀況，添加后檢測回波并未出現(xiàn)較大的變化；

（6）天線檢查。拆開法蘭并將天線取下之后發(fā)現(xiàn)，陣列式天線在表面出現(xiàn)了部分裂紋，對其予以替換之后，回波恢復(fù)正常，同時液位測量值正確。

5 結(jié)束語

綜上所述，導(dǎo)波雷達(dá)液位計屬于可靠性強(qiáng)、性能高的一種儀表，具體應(yīng)用時故障率較低，大部分故障均是由于現(xiàn)場使用環(huán)境惡劣、安裝以及維護(hù)不到位導(dǎo)致的。因此，正確地進(jìn)行導(dǎo)波雷達(dá)液位計選型、安裝，并增強(qiáng)巡檢和維護(hù)工作，均能夠降低雷達(dá)液位計故障，確保其維持在正常、穩(wěn)定的運行狀態(tài)中，使其準(zhǔn)確、實時地顯示工藝參數(shù)。