雷達(dá)物位計(jì)在電力工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中主要測(cè)量固體和液體的物位, 種類繁多, 有塊料、粉料、顆粒料, 有酸液、堿液等。這些物質(zhì)的介電常數(shù)、容重、溫度、壓力等各不相同, 過(guò)去主要采用接觸測(cè)量, 如導(dǎo)波纜、音叉、阻旋、重錘、浮球及電容等。在使用中由于被檢測(cè)介質(zhì)的物理狀態(tài)及化學(xué)成分的變化出現(xiàn)各種問(wèn)題, 如頻繁的虛假料位、斷纜、堵料及突變等, 且維護(hù)量、維護(hù)費(fèi)用大。

石灰石濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的維護(hù)正向日常化和監(jiān)控組織的系統(tǒng)化邁進(jìn), 脫硫檢測(cè)的各個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)失真狀態(tài), 直接影響到系統(tǒng)運(yùn)行, 加大了維護(hù)的頻率。

我廠脫硫腐蝕性液位測(cè)量和石灰石料位的測(cè)量工況是:鍋爐燃燒后產(chǎn)生的煙氣通過(guò)吸收塔時(shí), 由石灰石漿液泵將混合的石灰石漿液打入吸收塔內(nèi)噴淋, 將煙氣中的酸性二氧化硫中和, 再將過(guò)濾后的煙氣排出。從工藝上看, 煙氣在進(jìn)入吸收塔前的溫度是相對(duì)比較高的。一般情況下, 出口處的溫度在120℃左右, 其中還含有一定數(shù)量的粉煤灰。通過(guò)噴淋將煙氣二氧化硫中和凈化, 在吸收塔的底部經(jīng)過(guò)攪拌后通過(guò)排出泵排出。吸收塔中的液位測(cè)量是控制漿液泵定時(shí)工作的主要依據(jù)。對(duì)該漿液池液位儀表的檢測(cè)溫度有一定要求, 過(guò)程檢測(cè)溫度應(yīng)該在80℃左右, 儀表要具有一定的抗?jié)穸确雷o(hù)功能, 反應(yīng)速度快, 抗*力強(qiáng)。

另外, 我廠石灰石倉(cāng)物位計(jì)采用導(dǎo)波雷達(dá)鋼纜形式, 鋼纜作為天線伸入料倉(cāng)直到倉(cāng)底。導(dǎo)波天線伸入容器中并和粉料接觸, 屬于接觸式測(cè)量, 導(dǎo)波纜繩容易磨損甚至被拉斷, 在上下料、負(fù)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí), 導(dǎo)波纜繩擺動(dòng), 經(jīng)常出現(xiàn)虛假料位問(wèn)題。如果導(dǎo)波纜繩掉進(jìn)倉(cāng)內(nèi), 會(huì)直接影響設(shè)備的運(yùn)行, 對(duì)正常生產(chǎn)和測(cè)量造成不利影響。下面介紹非接觸測(cè)量物位計(jì)———脈沖雷達(dá)物位計(jì)在脫硫生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用。

隨著傳感器及軟件技術(shù)的發(fā)展, 20世紀(jì)90年代末, 工業(yè)測(cè)控開始逐漸使用雷達(dá)測(cè)距技術(shù)。它抗*力強(qiáng), 測(cè)量準(zhǔn)確。雷達(dá)的微波技術(shù)***早應(yīng)用于, 隨著微波技術(shù)的不斷發(fā)展, 雷達(dá)技術(shù)已在通信及工業(yè)測(cè)控中廣泛應(yīng)用。通過(guò)對(duì)不同微波頻率段的研究, 在工業(yè)生產(chǎn)中形成一套有效的雷達(dá)測(cè)距技術(shù)的解決方案。微波又叫電磁波, 頻率范圍為300 MHz~300 GHz, 傳播速度為3×108m/s, 其穿透力強(qiáng), 傳播速度不受粉塵、蒸汽影響, 衰減也很小, 物料的溫度、壓力、密度幾乎不影響其測(cè)量的準(zhǔn)確性。工業(yè)雷達(dá)利用微波的吸收和反射原理, 根據(jù)被測(cè)量介質(zhì)的介電常數(shù)來(lái)界定雷達(dá)的使用形式, 分為不同微波頻率段的微波雷達(dá)物位計(jì), 其中有300 MHz~1.5 GHz的導(dǎo)波纜式雷達(dá) (接觸式) 、6 GHz的非接觸式雷達(dá)及26GHz小角度的高頻非接觸雷達(dá)。我們?cè)谑褂脮r(shí)是根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的物理狀態(tài) (比如蒸汽、粉塵、吸附、溫度、壓力、酸堿性) 來(lái)確定哪種形式的雷達(dá)物位計(jì)測(cè)量有效準(zhǔn)確和免維護(hù)。

雷達(dá)是可以穿透被測(cè)介質(zhì)的, 空氣的介電常數(shù)ε=1, 水的ε=4~88, 100℃時(shí)水ε=55.1, 水蒸氣ε=1.007 85, 碳酸鈣ε=6.1~9.1, 煤 (粉末、精細(xì)) ε=2~4。因此, 微波對(duì)被檢測(cè)介質(zhì)是有一定要求的。使用哪種頻率段的微波和使用哪種形式測(cè)量效果更好是我們需要探索的, 同時(shí)要消除由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝情況給雷達(dá)帶來(lái)不穩(wěn)定的因素。

雷達(dá)物位計(jì)是靠檢測(cè)被測(cè)介質(zhì)反射回波從而檢測(cè)出液位的高度的。被檢測(cè)介質(zhì)水的介電常數(shù)ε為50~80, 微波很難被吸收, 因此檢測(cè)的效果是很明顯的。微波的傳輸速度為光速, 因此壓力和溫度對(duì)微波穿射速度的影響非常小, 可以忽略, 它是一種很理想的檢測(cè)工具。

在吸收塔、己二酸池中, 水流比較湍急, 容易造成接觸式儀表在*使用中由于磨損而發(fā)生故障。被測(cè)介質(zhì)有一定酸性或堿性, *浸泡在這種液體中, 金屬的氧化速度會(huì)加快, 因此, 接觸式儀表不適用, 應(yīng)選擇非接觸儀表。非接觸的液位儀表有超聲波式液位和雷達(dá)式液位兩種。超聲波式液位儀表的檢測(cè)液位高度是靠變送器前面的換能器發(fā)出聲納波反射測(cè)量的, 影響該聲納速度的外界條件很多, 上傳的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。儀表對(duì)聲納波的接收是不容易識(shí)別的, 因此它不太適應(yīng)。

6 GHz雷達(dá)液位儀表的*性比較突出。雷達(dá)的天線材料有PP、PVDF、PTFE多種材質(zhì), 可以滿足不同介質(zhì)、酸堿液體的帶壓測(cè)量。由于水的反射性太好, 因此安裝時(shí)也比較簡(jiǎn)單。水蒸氣本身是水, 在蒸汽較大時(shí)水蒸氣會(huì)把微波反射回去, 會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)不到液面等情況。因此, 在選擇雷達(dá)液位儀表時(shí)這點(diǎn)必須謹(jǐn)慎。如果出現(xiàn)類似的液位測(cè)量, 應(yīng)該根據(jù)微波的特性選擇不同頻率段的雷達(dá)物位計(jì)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。應(yīng)選擇低頻、波長(zhǎng)較長(zhǎng)的雷達(dá)物位計(jì), 比如6 GHz的微波頻率。雷達(dá)液位儀表的反應(yīng)時(shí)間很快, 抗*力強(qiáng), 缺點(diǎn)是測(cè)量數(shù)據(jù)容易突變。

為了避免出現(xiàn)數(shù)值的突變與跳動(dòng), 安裝時(shí)應(yīng)回避出入水口, 池、槽中間有攪拌和抽水泵時(shí)應(yīng)選擇水流相對(duì)平穩(wěn)的工作區(qū)。其安裝位置如圖1所示。下面以我廠己二酸池液位測(cè)量?jī)x———古大GDRD51脈沖雷達(dá)物位計(jì)為例, 介紹雷達(dá)液位儀表的使用方法。

該儀表特別適用于腐蝕性液體場(chǎng)合。它通過(guò)天線發(fā)射極窄的微波脈沖, 以光速在空間傳播, 碰到被測(cè)介質(zhì)表面其部分能量被反射回來(lái), 被同一天線接收。發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔與天線到被測(cè)介質(zhì)表面的距離成正比。由于電磁波的傳播速度*, 存在測(cè)量盲區(qū), 但可以通過(guò)調(diào)整安裝法蘭高度有效避開盲區(qū)問(wèn)題。盲區(qū)示意圖如圖2所示。圖2中, 測(cè)量的基準(zhǔn)面是螺紋或法蘭的密封面。使用雷達(dá)液位計(jì)時(shí), 務(wù)必保證***高料椚不能進(jìn)入測(cè)量盲區(qū)。

GDRD5X系列產(chǎn)品采用特殊的解調(diào)技術(shù), 可以準(zhǔn)確識(shí)別發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔, 從而計(jì)算出天線到被測(cè)介質(zhì)表面的距離。由于采用了*的微處理器和*的CHODIS-COVERY回波處理技術(shù), 其可以應(yīng)用于各種復(fù)雜工況。它在多個(gè)虛假回波的工況下可以正確確認(rèn)真實(shí)回波, 獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。其多種過(guò)程連接方式和天線型式適用于各種復(fù)雜工況, 如高溫、高壓、小介電常數(shù)介質(zhì)的測(cè)量。它采用脈沖工作方式, 發(fā)射功率極低, 適用于各種金屬、非金屬容器, 對(duì)人體和環(huán)境均無(wú)傷害。全鋁外殼質(zhì)量輕, 硅橡膠密封可以全部浸泡于液體中。
天線材料選用PTFE材料, 嚴(yán)密防腐。全中文菜單使調(diào)整輕松簡(jiǎn)單。兩線、四線接線方式, 具有更廣泛的選擇。調(diào)整模擬量4~20 m A時(shí)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)顯示調(diào)整模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的低位、高位進(jìn)行設(shè)定, 同時(shí)與系統(tǒng)的距離相對(duì)應(yīng), 保證輸出線性的穩(wěn)定。它可針對(duì)不同被測(cè)介質(zhì)的表面狀態(tài) (是否有波動(dòng)、有泡沫) 進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整, 對(duì)很不平穩(wěn)的攪拌液體、表面有雜物的液體進(jìn)行檢測(cè) (使用導(dǎo)波管測(cè)量) 。在測(cè)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)儀表量程的4~20 m A小于被測(cè)液體的實(shí)際量程, 因此就需要擴(kuò)大儀表的檢測(cè)范圍。儀表所有的調(diào)試步驟均有中文菜單提示操作, 簡(jiǎn)單方便。對(duì)傳感器的工作狀態(tài), 儀表現(xiàn)場(chǎng)的顯示形式有空高值、料高值、百分比、電流輸出等。倉(cāng)內(nèi)或槽內(nèi)的物料狀態(tài)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)曲線回波進(jìn)行觀察。

固體料位儀表的使用和選型比較復(fù)雜, 因?yàn)楸粰z測(cè)的介質(zhì)是不規(guī)則物理形態(tài)。我廠使用的碳酸鈣屬于強(qiáng)粉塵固體, 如果按照常規(guī)的方法選擇料位儀表, 導(dǎo)波雷達(dá)測(cè)量不太理想 (會(huì)出現(xiàn)粘合吸附問(wèn)題) 。用超聲波測(cè)量, 其聲納波是直線傳播的, 碰到障礙物會(huì)反射, 對(duì)比較平穩(wěn)的液體還可以, 如果是凹凸不平的堆料和凹角下料就不可以了。其他可選儀表有雷達(dá)物位計(jì) (接觸式與非接觸式) 和電容射頻導(dǎo)納式儀表 (接觸式) 。碳酸鈣為粉灰狀固體, 有時(shí)中間會(huì)含有塊料, 對(duì)接觸式儀表的電極和導(dǎo)波纜繩的磨損和拉力很大。
導(dǎo)納式電容儀表安裝時(shí), 絕緣很重要。在實(shí)際碳酸鈣灰?guī)煜铝线^(guò)程中, 粉塵會(huì)很大, 會(huì)把雷達(dá)的導(dǎo)波纜繩和導(dǎo)納電容儀表的電極粘住, 以至于雷達(dá)會(huì)傳出虛假信號(hào), 射頻導(dǎo)納電容的電容量會(huì)突變或不變化。因此, 接觸式儀表不太適合強(qiáng)粉塵固態(tài)物料的檢測(cè)。碳酸鈣粉的介電常數(shù)ε=7, 對(duì)雷達(dá)料位儀表的選型上有一定的要求。低頻導(dǎo)波式雷達(dá)是不適用的, 6 GHz的普通非接觸式雷達(dá)也是不可取的。微波頻率低會(huì)影響到天線的發(fā)射角大小。雷達(dá)液位儀表的天線開角為25°, 適用于水, 不可以測(cè)量小介電常數(shù)的強(qiáng)粉塵固體, 即使大喇叭天線的發(fā)射開角也僅為14°, 也不可以。微波天線開角會(huì)增大被檢測(cè)介質(zhì)在倉(cāng)底的覆蓋面積, 能量很分散, 干擾回波很凌亂 (由倉(cāng)內(nèi)的固定障礙物和上下料的干擾形成) , 無(wú)法集中微波的功率, 得不到有效的雷達(dá)回波。
即使有回波, 也會(huì)在屏幕上出現(xiàn)鋸齒狀波形, 把有效回波的峰值給分散了, 檢測(cè)時(shí)會(huì)很不穩(wěn)定。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際分析, 考察相關(guān)強(qiáng)粉塵的雷達(dá)物位儀表的使用效果, ***終我們選擇使用26 GHz高頻雷達(dá)物位儀表測(cè)量碳酸鈣粉。26 GHz雷達(dá)的微波天線發(fā)射開角是8°, 可有效檢測(cè)不規(guī)則的料面, 同時(shí)可躲避影響測(cè)量效果的障礙物。微波覆蓋面積小, 能量集中, 可有效穿透粉塵。8°天線開角的正切值為0.14, 在12 m測(cè)量距離的微波倉(cāng)底覆蓋面積為1.68 m2, 還是很容易躲避上下料流對(duì)儀表的干擾的。安裝時(shí), 由于天線的尺寸很小, 可安裝旋轉(zhuǎn)式萬(wàn)向節(jié), 可在倉(cāng)上隨意選擇安裝位置。萬(wàn)向節(jié)旋轉(zhuǎn)示意圖如圖3所示。安裝應(yīng)回避出入料口, 注意密封。如果法蘭安裝密封不好, 上料和下料時(shí)的粉塵會(huì)從儀表周圍擴(kuò)散, 時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)出現(xiàn)堵住天線口的問(wèn)題。

我廠石灰石倉(cāng)料位計(jì)采用GDRD58系列26 GHz型, 它特別適合強(qiáng)粉塵、易結(jié)晶、結(jié)露場(chǎng)合, 其波束角小, 能量集中, 抗*力強(qiáng), 具有*的測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性。它天線尺寸小, 便于安裝和加裝防塵罩等天線防護(hù)設(shè)施;測(cè)量盲區(qū)更小, 對(duì)小罐測(cè)量也能取得良好的效果;波長(zhǎng)更短, 對(duì)小顆粒物質(zhì)的料位測(cè)量更加適合。它采用*的微處理器和*的ECHODIHYOVERY回波處理技術(shù), 可以應(yīng)用于各種復(fù)雜工況。

采用脈沖工作方式, 發(fā)射功率極低, 適用于各種金屬、非金屬容器, 對(duì)人體和環(huán)境均無(wú)傷害。全鋁外殼質(zhì)量輕, 硅橡膠密封可以全部浸泡于液體中。有兩線、四線接線方式可選擇, 萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì)使測(cè)量應(yīng)對(duì)自如。全中文菜單使調(diào)整輕松簡(jiǎn)單。

物料的性質(zhì)、狀態(tài)可調(diào)整。在回波曲線中如果出現(xiàn)峰值比較高且是空料的情況, 可以斷定倉(cāng)內(nèi)存有固定障礙物或倉(cāng)內(nèi)有高的堆積料位, 認(rèn)定該顯示為虛假料位。這時(shí)把人工實(shí)測(cè)的數(shù)值輸入到虛假數(shù)值中進(jìn)行修改和更新曲線。如果沒(méi)有回波或傳感器屏幕上顯示如圖4所示的正?；夭úㄐ? 則應(yīng)該檢查天線是否給堵住了或有其他干擾情況。強(qiáng)粉塵的工礦儀表應(yīng)密封安裝, 避免出現(xiàn)安裝孔出現(xiàn)粉塵堆積現(xiàn)象。

我廠原料位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示, 為導(dǎo)波纜繩式料位, 運(yùn)行一段時(shí)間后缺陷頻繁。鋼纜作為天線伸入料倉(cāng)倉(cāng)底, 屬于接觸式測(cè)量。介質(zhì)石灰石粉是強(qiáng)粉塵固體, 纜繩吸附介質(zhì), 出現(xiàn)不變化料位、在上下料和負(fù)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)擺動(dòng)的假料位。

在實(shí)際下料過(guò)程中, 由于粉塵很大, 常把導(dǎo)波纜繩粘住, 以至于傳出滿倉(cāng)的虛假信號(hào)或信號(hào)不變化。

我們?nèi)∠藢?dǎo)波鋼纜天線, 控制板改造為26 GHz高頻雷達(dá)模塊, 天線尺寸小, 帶有旋轉(zhuǎn)萬(wàn)向節(jié), 可在倉(cāng)上隨意選擇安裝位置。微波天線發(fā)射開角定為8°, 可有效檢測(cè)不規(guī)則料面, 躲避影響測(cè)量效果的障礙物。微波能量集中, 可有效穿透粉塵。8°天線開角的正切值為0.14, 在12 m的測(cè)量距離微波倉(cāng)底覆蓋面積為1.68 m2, 可躲避上下料流對(duì)儀表的干擾。
對(duì)于錐形平頂倉(cāng), 料位計(jì)的***佳安裝位置在頂部*, 可以保證準(zhǔn)確測(cè)量到容器底部。要回避出入料口, 做好密封工作。天線伸出方倉(cāng)頂部出口大于10 mm, 保證回波不遇到障礙物。針對(duì)室外安裝特點(diǎn), 為了防潮, 擰緊電纜密封套, 在電纜進(jìn)線口處使電纜向下彎曲。維護(hù)方面, 做好料位法蘭安裝時(shí)的良好密封, 并定期檢查。加強(qiáng)接線檢查, 做好石灰石倉(cāng)防水工作, 避免塊料堆積。加強(qiáng)人員培訓(xùn), 可通過(guò)回波曲線判斷設(shè)備問(wèn)題。

現(xiàn)場(chǎng)選取相應(yīng)的非接觸式物位計(jì)作為脫硫生產(chǎn)工藝的連續(xù)檢測(cè)、高低位檢測(cè)。結(jié)果證明, 改造是可行的, 效果理想, 降低了石灰石倉(cāng)料位缺陷, 且使脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。下一步將引入一路壓縮空氣進(jìn)行料位天線自動(dòng)吹掃維護(hù)。