雷达液位计在煤化工企业生产中的选型、安装、原理及影响因素

        工业生产环节中，对各种生产罐体，产品储罐及地下槽体的液位进行精确测量对整个生产过程中设备的安全运行起着重要的作用。文章通过对拜城县众泰煤焦化有限公司生产过程中使用的雷达液位计的基本原理、使用特点和影响因素的详细介绍，为化工企业生产中雷达液位计测量仪表的选型、安装和管理提供了参考。
 
        拜城县众泰煤焦化有限公司一期建设1套全焦生产能力为60万t/a的捣固焦炉，后续改扩建1套130万t/a的捣固焦炉。炼焦过程中产生大量烟气，其主要成分是煤气 [1] 。通过二期建设的脱硫，脱氨，脱苯等工艺对煤气进行了净化处理。整个工艺中分布了各种生产罐体，产品储罐及地下槽体，其内部介质的液面高度是整个工艺控制过程中一个重要的工艺参数，因此如何对其液位进行实时精确监测，保证设备可靠运行就成为了一项十分重要的课题。
 
1 概述
        工业生产中经常会遇到对容器内固体或液体的物位测量的情况，针对此情况，人们制造出了物位测量仪表，并用其能对容器的物位进行了相当精确的测量。目前已知的物位测量仪表可分为静压式液位计，浮力式液位计，雷达液位计，超声波物位计，核辐射式物位计，电容式物位计，玻璃液位计，电极式液位计，音叉料位计等。雷达液位计则是专门测量容器内介质液位的一种物位测量仪表。
 
        雷达液位计是通过天线向被测介质物位发射微波，然后测出微波发射和反射回来的时间而得容器内液位的一种仪表。雷达液位计的特点有以下两点：**，无位移、无传动部件、非接触式测量，不受温度、压力、蒸汽、气雾和粉尘的限制，适用于粘度大的介质、有毒或无毒卫生型介质、有腐蚀性介质的物位测量 [2] 。二，雷达液位计没有测量盲区，精确度（分辨率）可以做的很高，液位测量误差zui高可达1mm（特殊情况下可达到0.1mm），故其是一款精度极高的计量仪表，可作为商用计量仪表 [2] 。
 
        拜城县众泰煤焦化有限公司为了清晰准确的了解生产区域内各个容器内介质的液位变化情况或有无泄漏情况的发生，需要对焦炉煤气净化回收过程中相关设备工作环境内介质液位进行测量，及时了解容器介质分布情况。公司在一些容器内均安装有雷达液位计，并通过网络通讯设备将液位监测信息及时传到工业调度控制中心，并通过监控设备实时监控现场环境变化，其检测数据的准确性和及时性在安全生产中发挥了极其重要的作用，下面就其结构和工作原理进行详细的介绍。
 
2 雷达液位计的工作原理
2.1 组成概述
        雷达料位计由天线系统，电子部件，微处理器组成。天线系统的作用是为了发射微波脉冲和接收反射回波，电子部件将时间信号转换成物位信号，微处理器可以准确分辨出物位回波去除虚假回波。雷达液位计的结构示意图，如图1所示。
 
雷达液位计结构示意图
 
2.2 测量原理
        雷达料位计的天线系统发射极窄的微波脉冲，这个脉冲以光速在空间内传播，遇到被测介质表面，其部分能量被反射回来，被同一个天线系统接收。发射脉冲与接收脉冲的时间间隔与天线系统到被测介质表面的距离成正比。通过测量天线发射波与介质液位反射波之间的时间差与微波波速之间的关系来实现容器介质液位的测量。由于雷达波的传播速度极高，发射脉冲与接收脉冲的时间间隔很小（纳秒量级）很难确认。所以需要采用一种特殊的相关解调技术，可以准确地识别发射脉冲和接收脉冲的时间间隔，从而进一步计算出天线到被测介质表面的距离 [3] 。
 
        目前有两大类雷达液位计，一类是发射频率固定不变，通过测量发射波和反射波的运行时间，并经过电子部件被转换成物位信号。一种特殊的时间延伸方法可以确保极短时间内稳定和精确的测量。即使工况比较复杂的情况下，存在虚假回波，用zui新的微处理技术和调试软件也可以准确的分析出物位的回波 [4] 。这类雷达液位计的运行时间与液位距离的关系为t=2d/c式中：c：雷达波传播速度；d：被测介质液位和测量探头之间的距离；t：探头从发射雷达波至接收到反射雷达波的时间，单位s。另一类是测量发射波与反射波之间的频率差，并将这频率差转换为与被测液位成比例关系的电信号。这种液位计的发射不是一个固定频率，而是一等幅可调频率 [5] 。
 
3 雷达液位计的安装及通讯
        新疆拜城县众泰煤焦化有限公司在工艺罐体反应装置、地下放空槽体、产品存储设施、地下水处理设施均安装有雷达液位计。自雷达液位计安装以来，总体使用效果良好，在长期的使用和设备维护过程中了解了设备的特性并积累了大量的现场经验。
 
3.1 安装要求
        天线发射微波脉冲时，都有一定的发射角。从天线下缘到被测介质表面之间，由发射的微波波束所辐射的区域内，不得有障碍物。因此安装时应尽可能的避开容器内设施，例如：人梯、限位设备、加热设备、搅拌设备、支架等。另外须注意微波波束不得与加料料流相交。雷达液位计设计安装时应注意以下几点：
        （1）zui高液位不得进入液位计测量盲区。
        （2）液位计距容器壁必须保持一定的距离，一般不少于200mm。
        （3）液位计的安装方向应尽可能使天线的发射方向垂直于容器内被测介质的液面。
        （4）如液位计安装在防爆区域内，必须遵守国家防爆危险区的安装规定。
        （5）防爆型液位计的外壳采用压铸铝金属材料。
        （6）防爆型液位计可以安装在有防爆要求的场合，液位计必须可靠接地。
        （7）对于锥形容器，且容器顶部为平面，则液位计的zui佳安装位置是容器顶部中央的位置。
        （8）对于安装在室外或者极其潮湿环境的液位计，应做遮阳，防雨和防潮处理。
        （9）被测容器接管的长度必须保证探头伸出接管10mm以上。
        （10）仪表不可安装在拱形或圆形的灌顶位置，容易造成多次反射回波，影响测量精度。
 
3.2 雷达液位计的通讯
        雷达液位计的通讯系统的zui基本的构成包括专用的数据采集系统，探测器，信号处理单元，及其通讯线路。其构成应满足以下要求：
        （1）选用4～20mA输出作为通讯信号，将输出信号传递到信号处理单元在中央控制室电脑显示并设定相关的联锁保护系统及报警记录设备。
        （2）若液位信号达到报警值以后立即触发相关联锁装置使液位远离报警液位。
        （3）雷达液位计的数据采集系统，采用专用的信号处理单元，具有独立的供电电源和备用电源，不能接入其他信号处理单元，以避免数据处理紊乱。
        （4）按照雷达液位计安装规范设置液位报警记录设备，报警的历史数据能够作为分析处理故障的依据。
 
4 影响雷达液位计测量的因素
4.1 压力
        雷达液位计虽然在传播微波信号时不受容器内空气密度的影响，所以在真空或受压的环境下也能正常工作。但是由于液位计的结构原因，当容器内的压力高于某一范围时，雷达液位计就会产生较大的测量误差，故其在使用过程中不能使容器内压力超过该允许压力。当然不同公司的产品使用过程中对容器的zui高压力要求是不同的，选型时需特别注意。
 
4.2 温度
        雷达液位计在传播发射微波时，不需要空气作为传递介质，故容器内空气的温度变化对微波的传播速度没有任何影响。但是，雷达液位计的天线系统，电子部件，微处理器却不耐高温，所以高温环境中雷达液位计测量会有部分误差，必须保证天线系统处于合适的工作温度下才能正常工作。
 
4.3 被测介质的相对介电常数
        介质的相对介电常数是由其本身决定的，因此不同的介质拥有不同的相对介电常数。如果介质的相对介电常数过小，则会造成反射微波的衰减增大，造成反射微波的信号极大地衰减，影响测量数据。
 
4.4 液体的湍动和气泡
        液体的湍动和气泡不仅会造成微波的散射和吸收，还会造成微波的反射和折射，二者都会使反射回的有效微波信号的强度受到极大地衰减，影响雷达液位计的正常测量。
 
5 雷达液位计的管理措施
        雷达了液位计自投入运行以来，提高了对生产现场容器液位在线监测的准确性和稳定性，通过对容器液位精确的测量、监测和联锁保护给操作工人判断设备运行环境中设备运行状况提供了很好的依据，直接为生产系统的安全稳定运行提供了可靠保障。
 
        由于化工生产现场环境比较复杂，容器液位的测量受到多方面的影响，如果不能精确的测量出容器的液位变化情况，极易发生不可挽回的安全事故，造成重大的人员和财产损失。针对如何解决化工生产中雷达液位计的安装、使用、维护和故障处理，提出以下建议：
        （1）针对被测量介质的属性，测量环境和容器结构等状况进行雷达液位计的选型工作。
        （2）严格按照雷达液位计的安装规范，进行液位计的安装。
        （3）必须严把采购时雷达液位计的质量关，必须严格按规定采购符合国家及行业标准的产品。
        （4）必须保证雷达液位计安装前经国家相关标准计量部门进行检定，检定合格后，方可投入使用。并建立检定台账，确保雷达液位计按时进行检定，测量值准确可靠。
        （5）建立雷达液位计安装使用台账，掌握其分布，及时记录更新每台仪表的测量数据，实施动态化管理。
        （6）加强对设备的日常维护工作，做到及时发现隐患，及时处理。
        （7）对于特殊重点容器内液位计的安装使用，可使用双液位计，即安装两种不同测量方式的液位计，强化了容器液位测量的准确性。


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