雷達液位計在鹵水電池級碳酸鋰工業中的應用

<雷達液位計在鹵水電池級碳酸鋰工業中的應用>的摘 要： 闡述了青海鋰業有限公司一期復雜工況（ 如洗滌槽） 液位測量難度及存在的問題， 介紹液位計的選型嘗試過程， 雷達液位計安裝及調校注意事項， 以及安裝調試后的運行情況。

0 引言
近年來， 隨著國家對環保及節能減排的重視， 動力汽車等清潔能源需求量大幅增加， 電池級碳酸鋰產品供不應求。 青海鋰業有限公司作為國內zui大的鹵水電池級碳酸鋰生產企業之一， 利用東臺吉乃爾鹽湖高鎂鋰比鹵水， 采用膜法分離在直流電場的作用下將 Mg2+ 和Li+分離開來 , 此工藝具有自動化程度高， 節能環保等優點。 但是利用硫酸鹽亞型高鎂鋰比鹽湖鹵水制取電池級碳酸鋰的工藝復雜、 控制要求高， 對于每個工序儀表選型及測量值的穩定性要求嚴格， 復雜工況下選用適合該工況儀表才能給工藝提供精確測量值。 該公司膜法分離工藝為國際首創， 工藝方面無借鑒之處， 只能通過現場實驗探索出適合該工藝的測控儀表。

1 一期復雜工況（如洗滌槽）液位測量難度及存在的問題

在碳酸鋰生產中， 洗滌工序根據 N a C l 和 L i 2 C O3在水中的溶解特性， 加入熱水除去產品中 N a+ 和C l- ，洗滌的固液比為 4 ∶1 。 洗滌槽下部為錐體結構， 槽內為雙層槳葉攪拌（ 轉速為 6 5 r/m in ） ， 底部插有進水管和檢修爬梯。 運行時槽內碳酸鋰漿液粘性大， 溫度在 9 0℃左右， 有大量的水蒸汽。 因此洗滌槽工況復雜， 液位測量難度大， 影響產品品位及穩定度。一期復雜工況（ 如洗滌槽） 液位的測量存在如下問題。
（ 1 ） 由于工況極為復雜， 液位計選型難度大， 接觸式液位計無法安裝， 非接觸式液位受內部機械結構及工況的影響， 測量效果不佳。
（ 2 ） 嘗試使用射頻導納、 低頻雷達（ 錐形天線） 等液位計， 但其測量波動大， 均未能滿足工藝控制要求，存在溢槽腐蝕設備且浪費大量的粗品碳酸鋰。
（ 3 ） 洗滌槽為夾套蒸汽加熱結構， 槽內及蒸汽管道安裝了溫度變送器和電控閥門， 依托 D C S 的 P ID 調節實現槽內恒溫， 利用液位測量值控制電控門的全開
（ 全關） 狀態。 由于受液位測量誤差的影響， 無料時未關閉蒸汽電控閥門， 導致槽內壁粗品碳酸鋰結塊嚴重， 結塊的碳酸鋰堵塞管道、 磨損泵葉輪， 影響生產。
（ 4 ） 洗滌槽中洗滌水（ R O 水） 加入量的多少由液位值確定。 洗滌槽液位誤差大， 導致產品的品質不穩定。

2 一期復雜工況（如洗滌槽）液位計的選型嘗試過程

一期使用射頻導納及雷達（ 錐形天線） 液位計來測量洗滌槽的液位， 測量值誤差大， 無法滿足工藝控制要求。 安裝導波管的物料孔結晶嚴重， 也未獲得好的測量效果。 因此， 二期工程試運行期間和三暢儀表工程師溝通， 特殊定制了一款低頻雷達（ 1 5 0 m m 彈片喇叭， 帶水沖洗口） 液位計， 安裝調試試運行 3 個月，液位測量值穩定， 完全滿足工藝控制要求。 特殊定制
三暢的SCLD D 5 3 雷達液位計解決了如下問題。
（ 1 ） 雷達液位計天線“ 掛料” 問題。 由于碳酸鋰漿液粘性大， 對強攪拌槽內安裝的液位計的天線易造成結晶， 結晶物不宜清洗， 操作不當還會造成液位計的天線損壞。 為了解決此問題， 在雷達液位計制造時配置清洗結晶物的水沖洗孔， 定時用熱水沖洗天線的結晶物。
（ 2 ） 極為復雜工況測量的液位值波動及誤差的問題。 因洗滌槽攪拌、 檢修爬梯、 進水管為固定障礙物，利用儀表特有的“ 虛假回波學習” 功能消除固定障礙物產生的虛假回波對實際測量值的影響， 從而減小測量誤差及液位值波動。
（ 3 ） 高溫高濃度水蒸氣工況下液位的測量問題。 洗滌槽溫度為 9 0 ℃ 且水蒸氣濃度較高， 選用低頻脈沖雷達（ 1 5 0 m m 喇叭， 波束角 20 ° ， 波長長 5 0 m m ） ， 對蒸汽泡沫具有很好的穿透及抗干擾能力。
（4 ） 天線結露問題。 由于水蒸氣濃度較高會在天線上聚結屏蔽發射波， 嚴重影響液位測量， 該雷達液位計采用防結露天線， 解決了液位的測量問題。

3 復雜工況（如洗滌槽）的雷達液位計安裝及調校注意事項
（ 1 ） 洗滌槽（ φ = 3 0 0 0 m m ） 攪拌雙層槳葉攪拌， 壓濾機成型的碳酸鋰濾餅從槽中間下料， 人孔下方為檢修爬梯， 離人孔 3 0 0 m m 位置為注水口， 槽內工況極為復雜。 安裝液位計時應避開以上障礙物， 以免影響液位測量。 在不能避開的情況下， 安裝時須進行 " 虛假回波存儲 " 。
（ 2 ） 為了便于安裝和使盡可能少的物料與發射天線接觸， 儀表的接管長度為 2 6 0 m m ， 安裝時可提高1 0 0 m m ， zui 高 料 位 應 避 免 進 入 測 量 盲 區 （ 盲 區5 0 0 m m ） 。
（ 3 ） 儀表與罐壁必須保持一定的距離 （ 不低于3 0 0 m m ） ， 避開進料口， 儀表的安裝盡可能使天線的發射方向與被測介質表面垂直， 儀表外殼必須接地。
（ 4 ） 雷達液位計沖洗口安裝電動球閥定期對發射天線尚未粘結的物料進行定期沖洗， 避免雷達波不被屏蔽， 但清洗時會影響液位計的測量值， 因此需在工藝容許范圍內進行此操作。
（ 5 ） 當洗滌槽液位在 1 0 0 0 m m 左右時， 將壓濾機的粗品碳酸鋰濾餅卸至洗滌槽內， 此時有大量的水被濺起， 干擾雷達波， 影響瞬間的液位值， 應調大“ 阻尼時間” 避免液位測量值的跳變。

4 安裝調試后運行情況
鹵水電池級碳酸鋰制取洗滌槽有 3 臺， 安裝調試后儀表的測量狀態穩定， 測量誤差在 1 0 m m 以內， 完全能滿足工藝控制測量的要求。 洗滌槽一期液位測量數據和二期改造后液位測量數據的對比如表 1 所示。

洗滌槽液位測量的準確度和穩定性是整個工藝控制的核心， 也是該工序能否實現自動控制的基礎，液位測量問題的解決使洗滌工序實現了自動控制。 其控制流程圖如圖 1 所示。

5 結語
目前， 該公司已形成獨有的控制方法， 在鹽化工鹵水電池級碳酸鋰生產中， 對于極為復雜工況儀表選型等方面積累大量經驗， 如洗滌工序。 該公司花費了大量的資金和時間， 和三暢公司儀表工程師積極溝通特殊定制的 G D R D 5 3 脈沖雷達液位計解決了液位測量問題。