物料液位是工業生產中的一個重要參數，測量液位的方法有很多［１］，針對不同的工況和介質可以使用不同測量原理的液位計［２］。吹氣法、差壓式、浮球式、電容法、超聲波等常用的液位測量儀表都有各自的特點和應用范圍。導波雷達液位計（Ｇｕｉｄｅｄ　Ｗａｖｅ　Ｒａｄａｒ，ＧＷＲ）由于具有xianjin的雷達測量技術，測量時不受介質、溫度、惰性氣體、蒸汽、粉塵及泡沫等影響，測量長度可靈活變更，測量結果精度較高，故在液位測量中發揮著越來越重要的作用。

 

１　導波雷達液位計的測量原理

ＧＷＲ是依據時域反射原理為基礎的雷達液位計。雷達液位計的電磁脈沖波以光速沿著波導體（探頭）向下傳送，當遇到被測介質表面時，部分脈沖被反射形成回波并沿相反路徑返回到脈沖發射裝置，用超高速計時電路（電子表頭）精確地測量出脈沖波的傳導時間，而發射裝置與被測介質表面的距離同傳導時間成正比，經計算就可得到液位高度［３－４］。

 

脈沖發射裝置發射的電磁波信號到達介質表面并返回時，信號會衰減。此時，信號強度與介質的介電常數成正比［５］，介電常數越大，反射信號越強；反之，反射信號越弱。目前，Ｍａｇｎｅｔｒｏｌ公司的ＧＷＲ可用于測量zui低介電常數為１．４的介質液位。另外，高導電性介質（如水）產生較強的反射脈沖；而低導電性介質（如烴類）產生較弱的反射脈沖，低導電性介質使得某些電磁波能沿探頭（波導體）穿過液面向下傳播，直至完全消散或被一種較高導電性的介質反射回來。根據這一特點，可采用ＧＷＲ測量兩種液體的界面（如油／水界面），條件是界面下的液體介電常數應遠大于界面上液體的介電常數。

 

２　導波雷達液位計的組成

ＧＷＲ主要包括液位計電子表頭、過程連接和探頭３個部分，如圖１所示。其中，過程連接包括法蘭連接及螺紋連接２種，圖１所示為法蘭連接。ＧＷＲ適用于測量絕大部分過程容器和儲罐、連接容器和旁路容器的液位，測量的溫度和壓力限制在探頭的額定溫度和壓力范圍內。Ｍａｇｎｅｔｒｏｌ公司的ＧＷＲ適用的介質溫度可達４００℃，其壓力可高達３４．４５Ｐａ（５　０００ｐｓｉｇ）。另外，如果工藝過程溫度過高，還可將ＧＷＲ裝在容器的旁路管中，這樣能起到一定的降溫作用。

３　ＧＷＲ探頭與旁路管

３．１　探　頭

在實際應用中，ＧＷＲ探頭的選擇十分重要。探頭主要有同軸式、雙桿式（硬纜或軟纜）和單桿式（硬纜或軟纜）３種［６－７］，如圖２所示。

同軸式探頭是所有探頭配置中zui有效的，且在所有應用場合中應首先考慮使用，但是該種探頭的長度應控制在５ｍ內，否則不便于運輸和安裝（一般情況下，若測量范圍超過３ｍ，則建議使用軟纜式的探頭）。若流體有較大的波動，建議使用同軸式探頭和硬桿式探頭，因為它們具有一定的抗震性；若波動或測量范圍太大則必須用軟纜式探頭，以便在探頭外另加保護套管。值得注意的是，為保證信號傳輸過程中不受障礙物的干擾，除同軸式探頭外，其他類型的探頭都有一定的空間要求。由于探頭有一定死區，死區的大小與測量介質的介電常數成反比。如果測量介質的介電常數越大，測量時的死區越小；反之，死區越大。對于不同廠家的產品，死區的大小都有差別，Ｍａｇｎｅｔｒｏｌ公司探頭的死區范圍為２５～１５０ｍｍ。在確定探頭長度時需要將死區的大小考慮在內，應確保探頭能插入到zui低液面下的一定距離。Ｍａｇｎｅｔｒｏｌ公司的ＧＷＲ在測量zui低液位時，要求選擇的探頭長度應確保探頭能插入到液面下２５～１５０ｍｍ。

 

３．２　ＧＷＲ旁路管

在測量液位時，ＧＷＲ可以直接插入設備中，或裝在旁路管里。旁路管由管道部門或ＧＷＲ供貨商提供。旁路管與探頭的連接方式應根據所用探頭的連接方式而定，可以是法蘭連接，也可以是螺紋連接。

如圖３所示為ＧＷＲ旁路管。旁路管應遵照項目的管道設計規范進行設計。對于腐蝕性較高的介質還應考慮一定的腐蝕余量，如應符合美國腐蝕工程師協會（ＮＡＣＥ）的標準等。旁路管與設備連接時，其法蘭連接管口應完全垂直于旁路管，其中心線與設備管口的中心線應在同一水平面上，必要時可使用夾具裝置（ＪｉｇＳｅｔ）校正。應根據探頭的長度來確定旁路管的長度，如果旁路管過長，還應在測量范圍的中心位置使用機械支撐，對旁路管起到支撐作用。旁路管的制作應根據項目的要求確定，圖４所示為某項目所用的機械支撐。

４　ＧＷＲ在液位測量中的應用

４．１　ＧＷＲ的合理安裝

合理選擇安裝位置對ＧＷＲ十分重要，將影響到測量的效果，故在安裝時應注意：

（１）探頭的軸線應與液位的反射表面垂直。

（２）必須保證在信號波的范圍內不能有干擾物反射干擾波，探頭應與可能產生干擾的加料入口位置、罐壁或旁路管等保持一定的距離，以免產生虛假反射。

（３）應避免安裝在有很強渦流的地方。如由于攪拌或很強的化學反應等產生的渦流，此時可采用旁路管測量，以減少因液位波動造成的影響。

 

４．２　案例分析

案例１　ＧＷＲ直接插入設備中，內有有毒氣體或揮發性氣體。設備的設計壓力為３．５２ｋｇ／ｃｍ２，設計溫度是２６０℃。設備管口直徑為５．０８ｃｍ（２英寸），長２００ｍｍ，工藝測量范圍為４００～１　８５０ｍｍ，選擇法蘭連接方式。為防止氣體泄漏，在設備管口與ＧＷＲ之間加裝有一個手動的全通球閥（隔離閥），如圖５所示。正常工作時，球閥全開，當探頭需要被拔除時，可關閉此閥，起到隔離設備內毒氣的作用。考慮到設備中有一個泵往外抽取介質，設備會有一定的震動，且硬桿式探頭對管口大小有一定的要求，故選用了同軸式探頭。

選擇探頭長度時，包括了測量范圍１４５０ｍｍ，探頭死區１５０ｍｍ，設備管口的長度２００ｍｍ和隔離閥的端面尺寸１７８ｍｍ，故探頭的長度＝１　４５０＋１５０＋２００＋１７８＝１　９７８（ｍｍ）。案例２　ＧＷＲ安裝在旁路管中，用于測量設備中液位和界面。被測設備的上方為碳氫化合物，介電常數為２，測量范圍４００～１　４５０ｍｍ；下方為碳氫化合物與酸水的混合物，酸水的介電常數為３４．５，界面的測量范圍３００～６００ｍｍ。旁路管的尺寸選擇５．０８ｃｍ（２英寸），探頭類型同樣選擇同軸式的。如圖６所示。

５　結　語

導波雷達液位計測量不受設備形狀的影響，也不受介電常數、溫度、壓力與密度等條件變化的影響，測量長度無須標定，測量結果具有高精度、可重復性、高分辯率，有多種探頭類型和材質可供選擇，數字化顯示可供選擇，且維護量少，可很好地用于石油化工設備中烴類及其他介質液位的測量。隨著其價格的進一步降低、性價比的提高，ＧＷＲ的應用將會越來越廣泛。

 

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