雷達液位計在濕法冶煉工程中的使用概況與存在問題以及改進方案

【摘要】隨著現代化工業的不斷發展，液位檢測與控制已廣泛運用于各個領域。本文介紹了雷達液位計在濕法冶煉工程中的使用情況，同時分析了現場應用中存在的問題，并提出改進方案。

【概述】
    衢州華友鈷新材料有限公司年產10000t(鈷金屬量) 新材料項目（以下簡稱“衢州華友項目”）中，是國內首家采用氧壓浸出工藝煉鈷，自動化程度較高，經過一年的試生產，工藝和設備的不斷完善，目前產量已基本達到設計的產量。在濕法冶煉中，為了降低操作工的勞動強度，所有需要液位監視的儲槽都安裝了物位計，而雷達液位計由于采用了非接觸式的測量原理，具有高度的可靠性和穩定性，而且操作簡單、維護方便，在衢州華友項目中得到了廣泛的應用。

1.雷達液位計的測量原理
    雷達液位計采用發射—反射—接收的工作模式。雷達液位計的天線發射出電磁波，這些波經被測對象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發射到接收的時間與到液面的距離成正比，關系式如下：
d=CT/2
式中 d———雷達液位計到液液面的距離 m
C———光速 C=300000km/s
T———電磁波運行時間 s
因空槽距離E 已知，故實際物位的距離L 為：L=E-d，式中，E 的基準點是過程連接的底部。

    雷達液位計記錄脈沖波經歷的時間， 而電磁波的傳輸速度為常數，則可算出液面到雷達天線的距離，從而知道液面的液位。在實際運用中，雷達液位計有兩種方式即調頻連續波式和脈沖波式。采用調頻連續波技術的液位計，功耗大，須采用四線制，電子電路復雜。而采用雷達脈沖波技術的液位計，功耗低，可用二線制的24V DC 供電，容易實現本質安全，精確度高，適用范圍更廣。

2.現場存在的問題及原因分析
     影響雷達液位計測量的因素有很多，本文僅就在華友項目實施過程中遇到的問題進行分類歸納：
2.1 安裝短管內的回波干擾

     圖2為實際液位處3.9 米時，安裝在混料槽（高度4m）上的雷達液位計的回波包絡線圖。橫坐標為距離/時間；縱坐標為回波強度；回波包絡線(紅色）: 某一時間儀表所“看到”的罐內的情況；FAC（藍色）:評估或者參考曲線，作為一個參考點用于評估回波信號質量，并不用已抑制虛假回波；Map（黑色）:容差閾值，用以屏蔽靜態干擾信號，例如儲罐內部，回波必須超過該閾值才被認為是有效的物位信號。圖中由于實際液位距離安裝短管較近（高液位），雷達液位計的回波強度受到安裝短管的影響減弱（紅色曲線），因此被FAC（藍色曲線）抑制，導致雷達液位計無法識別3.9m 處雷達回波為真實液位（錯誤認定該回波為干擾），從而錯誤識別1.31m 處的回波為測量液位，導致液位計異常波動（高液位時這種情況尤其明顯）。

    在華友項目中，由于此種情況造成的液位異常波動還是比較普遍的，尤其是40mm 天線雷達液位計，由于發射角較大，電磁波直接被安裝短管反射影響回波質量。在投產初期，由于工藝生產還不穩定，液位經常處于高液位（一般實際液位距離雷達液位計100mm-300mm），雷達液位計就會發生誤判造成測量值異常波動。

【解決方案】：
A、一般可以采用在安裝時盡量降低雷達液位計的安裝短管，可以大大改善異常波動情況的出現。

B、為了防止液位在高液位控制過程中由于不能及時控制而發生溢流現象，且盡量能夠保證足夠的容量適當降低100%量程，加大盲區設置（減小滿標的設置值），使工藝人員有意識的將液位控制在可測范圍內；對于高度較小的儲槽，由于加大盲區的設置，會大大降低儲槽的利用率，也可以通過加大安裝短管直徑和高度方法解決。

3.2 距離罐壁過近

圖3 為安裝在濃硫酸槽（高度1.2m）上的雷達液位計的回波包絡線圖。由于液位計距離罐壁太近而且儲槽本身較小，導致液位計報警：E641 失波。

解決方案：更改安裝位置。

3.3 雷達液位計距離進料口過近

圖4 為鹽酸配置槽正在加稀釋水且液位達到2.7m（量程3m）時回波包絡線圖。此時，測量值跳動明顯。分析原因：雷達液位計無明顯回波信號，且回波信號波動較大。該液位計在中低液位計加料時， 測量值準確、穩定，但高液位加稀釋水時，加料口距離雷達液位計距離過近，飛濺起的水花對回波產生了較大的干擾， 從而影響了測量。

3.4 黏附+冷凝對測量的影響

圖5 為鈷礦漿化槽液位達到2.3m（量程3m）時回波包絡線圖。該液位計在投產初期一直正常使用，但經過1 個月后，液位發生異常波動的情況越來越頻繁，分析回波曲線后，發現在較低的液位（2.3m）時，回波強度也比較弱（30dB）。拆下液位計檢查后發現液位計表面附著了一層黑色的礦漿，導致液位計無法正常工作。

   再檢查現場實際安裝情況，發現該液位計附近的下料口在加料時容易將濺起的礦漿附著在液位計上，隨著附著礦漿厚度的增加，液位計波動的情況也會更加頻繁。
【解決方案】：使液位計盡量遠離下料口，如果儲槽頂部空間有限，只能盡量控制液位高度，減少飛濺。

3.5 現場應用總結
為了保證雷達液位計無故障長周期運行， 液位計安裝是重要一環，在安裝中還要注意以下幾個方面：
（1）雷達液位計天線的軸線應與液位的反射表面垂直。
（2）接管直徑應小于或等于屏蔽管長度（100mm）。
（3）安裝位置距槽壁距離應盡量大于50cm，以免將槽壁上的虛假信號誤做回波信號。
（4）盡量避開下料區、攪拌器等干擾源，使波束范圍內無固定物，提高信號的可信度。

    雷達液位計主要由電子元件和天線構成，無可動部件，在使用中的故障極少。使用中偶爾遇到的問題是，貯槽中有些易揮發或者附著礦漿和有機物會在雷達液位計的喇叭口或天線上結晶，對它們只要定期檢查和清理即可，維護量較少。一般情況下，可以通過軟件檢查物位計是否有接受到回波， 按下E→ENVELOPE CURVE→ENV.CURVE+CUST.MAP→CYCLIC, 此時得到回波包絡線圖。如果信號質量（35DB以上）可以，說明物位計探頭沒有臟或者堵上；如果回波為0DB，說明探頭接收不到信號，需要將物位計法蘭螺栓拆掉，把探頭清晰干凈再安裝好繼續重復本次操作。

4.結束語
雷達液位計是一種高可靠的非接觸式液位測量儀表，具有以下特點：
（1）容易安裝、無移動部件、維護量較小。
（2）精度高、可靠性zui高。
（3）超高靈敏度與獨特信號處理特點可處理困難的工藝過程條件。
（4）高度靈活性，不同安裝位置和工藝條件的液位測量，具有較大的可互換性。
    在實際運用中，儀表本體的故障率極低，多數故障都是由于現場使用環境惡劣造成的。所以，通過改良雷達液位計的安裝可以很大程度降低雷達液位計故障頻次高的問題。