非接觸雷達液位計在磨煤機給水液位測量中的應用及維護

摘　要：雷達液位計作為非接觸式物位測量儀表，具有連續測量精度高，測量范圍廣，幾乎不受被測介質溫度、壓力、蒸汽、粉塵及腐蝕有毒惡劣工況的限制，安裝方便，維護操作簡單，故障率低等特點。這使其成為許多特殊場合物位測量的首選儀表。

    中煤陜西榆林能源化工有限公司氣化裝置研磨水槽由低壓灰水、真空過濾機濾液、研磨水池渣水、MTO 凈化水、酸性凝液、低壓冷凝液作為工藝補水，用新鮮水來調節研磨水槽的液位。研磨水槽內液體經研磨水槽攪拌器攪拌均勻，再經研磨水泵加壓，作為磨煤機給水。由于介質較臟，易沉淀，罐體小且有攪拌器，單法蘭、靜壓、導波雷達、浮球等液位計在此工況下無法使用，只能采用非接觸式測量儀表，因此該罐采用了三暢非接觸智能雷達液位計，但裝置開工后液位計經常性指示不準，幾乎每天都要處理1-2 次，給生產裝置運行造成很大影響，為了解決雷達液位計故障頻率高的問題，通過理論和現場試驗的方法，分析故障產生的原因，并提出相應的對策。

   雷達液位計是一種應用于固體和液體物位測量的范圍廣范的FMCW 雷達物位計，天線發射的微波到被測介質表面，微波頻率被連續調制，接收器記錄被測介質表面的反射信息，當發射信號在接收信號時，已經改變了它的發射頻率，由相關聯的信號得到一個頻率差，該頻率差和表面反射距離成正比。信號處理部分將發射信號和回波信號進行混合處理，得到混合信號頻譜，再由軟件，計算出天線到介質表面的距離，通過設定的罐體參數，即可算得實際的物位。

1.2　產品特點
　　（1）參數設定方便，用HART 通訊器或pc 加軟件都可進行組態，便于維護。
　　（2）雷達物位計采用了高達24GHz 的發射頻率，天線尺寸小，便于安裝。
　　（3）雷達液位計采用四線制設計，保證了儀表有足夠的發射功率。
　　（4）波長更短，對在傾斜的固體表面 有更好的反射。
　　（5）波束角小，能量集中，增強了回波能力的同時，又有利于避開干擾物。
　　（6）幾乎不受大氣中水蒸汽、溫度和壓力變化影響。

2　故障判斷處理
2.1　液位計指示不準
　　現象：故障表現為測量值與實際液位變化趨勢一致，但是數值存在固定誤差。
　　原因：儀表指示跟隨測量變化，可以說明儀表工作正常，其測量偏差固定，可以斷定為雷達液位計參數設定不當所造成。
　　對策：在標定參數前，明白儀表的管口高度、容器高度、量程上下限參數的測量方法，并進行實地測量，以取得zui真實的數據。輸入參數時，還應注意儀表選用的長度單位。

2.2　液位計指示不變
　　現象：故障表現為測量值與現場實際液位明顯不符，且維持不變。
    原因：由于研磨水槽內工況負責，時常存在高溫水汽，雖然蒸汽對雷達測量幾乎沒有干擾，但是這些水汽在天線頭冷凝成大量密布的水珠，造成錯誤的雷達回波，從而導致儀表輸出保持不變；使用中也曾遇到發射天線清理后，指示仍然保持滿量程，通過對雷達液位計解體檢查，發現雷達內部發射頭存在水珠，主要原因是雷達天線與法蘭之間的密封不好，存在間隙，從而造成了水汽進入雷達發射頭并冷凝，形成水珠，反射了雷達波，因而影響了測量。雷達液位計失波也是造成指示不變的原因，由于研磨水槽罐頂中間位置安裝有攪拌器，運行時管內液面劇烈起伏變化，使得雷達波擴散或被吸收，因而回波甚微甚至沒有。

　　對策：雷達天線凝結水汽時，需要將儀表拆卸，對天線擦拭干凈，恢復安裝后可以恢復正常，也可以在現場對液位計增加反吹風措施，防止水汽的集結。針對密封不好的問題，拆卸雷達喇叭口，在天線和法蘭連接處涂抹密封脂或在天線上纏繞四氟帶，再用雷達喇叭口壓緊固定，該問題即可到解決。在測量介質的反射回波丟失或者較弱時，我們可在這里通過設置表面結構（Surface）選項來改善測量結果，如果測量介質波浪形狀高度超過1cm，應選擇波紋設置，紊亂設置建議在波浪高度超過10cm 時使用。通過設定液位計參數中的液面類型，由波紋改為紊亂后，回波有很大改觀，信噪比恢復到40 左右。

2.3　液位計指示波動
　　現象：故障表現為測量值存在劇烈的起伏變化，沒有特定的規律，完全不追隨實際液位變化。

　　原因：安裝在研磨水槽罐頂的攪拌器，運行時，液面波動大，偶爾還會引起介質飛濺。另一方面工藝水和新鮮水補水管線出口正對攪拌器轉軸，雖然下料口沒有正對雷達液位計測量口，但當調節閥開大時，流體碰到攪拌器轉軸后向四周飛濺，在雷達液位計下方形成假液面，假液面高度也隨閥門開度變化而變化，故使用時經常出現液位波動情況。

　　對策：首先，在保證工藝安全的情況下，適當增加液位計輸出阻尼和傳感器采樣阻尼，減少虛假回波造成的液位指示數值的波動。
          其次，修改液位計盲區（Dead band）選項，這個盲區定義了一個從障礙物到液位計法蘭的距離，該抑制的干擾由管口、密閉容器內的障礙物及天線等產生，以使儀表獲得有效測量值。雖然修改盲區可以避開下料口形成的假液面，但是還應注意當實際液位高于盲區所定義的液位高度時，正確的回波被否定，液位計把耗時更長的回波作為測量值，造成液位指示偏低。使用這些方法后，雷達液位計的處理頻次明顯降低，但是造成影響液位計測量的工況原因仍然存在，zui終與工藝人員溝通，對雷達液位計進行移位實驗，暫時選取避開假液面的人孔位置安裝, 實驗取得了很好的結果，液位計工作穩定可靠，為進一步的技術改進奠定了基礎。

3　結束語
　　通過以上現場經驗的總結，處理雷達液位計故障時，首先應從液位計的安裝、現場工況等根源處著手，再在使用中采取相應的消除干擾措施，這樣才能zui大限度地降低儀表的故障機率，真正體現其連續可靠、高精度的優點。