雷達液位計在硫酸儲罐的應用

【摘要】冶煉自動化生產的安全穩定運行離不開測量儀表的準確、穩定地工作。本文介紹的硫酸液位測量是其中一個難題。基于雷達液位計在硫酸儲罐中的物位測量，首先要有正確的選型、安裝，其次要有準確的量程范圍設置，正確的日常維護、使用以及對故障的分析解決方式。

1 引言
        我公司的冶煉生產過程中的硫酸儲罐主要用于儲存日常制酸生產報產生的硫酸，而硫酸儲罐的液位是否準確直接關系到冶煉生產的連續性，因硫酸儲罐內儲存的是98% 的濃硫酸，在罐體內會產生有部分的酸霧對液位檢測會造成一定的影響，同時液位在輸入硫酸和放出硫酸鈉時液面波動比較大，傳統的檢測儀表不適合檢測（主要是因為防腐和抗擾動問題），目前只有選用雷達液位計才能達到比較高的測量精度。由于它具有連續測量精度高、非接觸式以及測量范圍大、防腐性能較好等特點，雷達液位計在有色冶金行業也得到非常廣泛的應用。

2 雷達液位計的基本原理
       雷達液位計采用的是時域反射(TDR)原理，通過發射電磁波來計算電磁波達到兩種介質相界面并反射回到接收天線所用的時間，從而實現介質物位的測量。雷達液位計的工作原理與通過空間傳播電磁波的雷達非常相似，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為雷達液位計到液面的距離；C為電磁波的速度；T為電磁波在發射-發射-接收過程中運行的時間，其雷達液位計的超高速計時電路可以精確地測量出電磁波傳導經歷的時間，而電磁波的傳輸速度C為常數，即可計算出液面到雷達天線的距離D，從而知道液面的液位L=E-D,雷達液位計的測量原理如圖1。

在實際運用中，雷達液位計有調頻連續波和脈沖波兩種方式。采用調頻連續波技術的液位計電子電路復雜、功耗大、須采用四線制，而采用雷達脈沖波技術的液位計，功耗低、安全可靠、精確度高、可用二線制的24VDC供電，其適用范圍更廣，在柴硫酸儲罐中即使用了雷達脈沖波液位計。

3 雷達液位計的技術特點
(1) 雷達液位計采用一體化設計，無可動部件，不存在機械磨損，使用壽命長；
(2) 雷達液位計測量時發出的電磁波不需要傳輸媒介，不受大氣、蒸氣、槽內揮發霧的影響；
(3) 不受槽內液體的密度、濃度等物理特性的影響；
(4) 可用于高溫、高壓的液位測量；
(5) 抗腐蝕能力強，能適應腐蝕性很強的環境；
(6) 具有虛假回波抑制的功能，通過虛假回波抑制液面到天線的虛假回波信號，排除虛假回波的干擾;
(7) 雷達液位計沒有測量盲區，精度可以做的很高。

4 雷達液位計的安裝注意事項
(1) 發射天線中心軸線與介質表面保持垂直，天線和介質表面保持距離至少5 cm 如介質與天線接觸，在天線上會粘附介質，影響測量)；
(2) 天線與罐壁至少保證30 cm 的間距；
(3) 天線喇叭口的前端應從罐的接管（安裝短管）內完全露出來；
(4) 不要安裝在加料口的上方；
(5) 避免安裝于貯罐中心位置。若罐頂為球形或拱形時，不要安裝于貯罐中心位置，應采用導波管或旁通管方式安裝；若罐頂為平頂時，可以安裝在罐頂中央，這樣可以測到罐底zui低點；
(6) 安裝在帶有攪拌器的容器時，應盡量避開攪拌器攪拌時所形成的渦旋區，以盡可能地消除不規則液面對微波信號散射所造成的衰減；
(7) 在信號波束內請勿安裝諸如限位開關、溫度傳感器之類的裝置、其有可能會干擾測量；
(8) 在測量介電常數較小的介質時，應該用導波管或旁通管方式安裝，并且導波管或旁通管必須延伸到所需要的zui小液位處。

5 雷達液位計在干式氣柜中的應用
         我公司柴硫酸儲罐是一個立式儲罐，因罐內存有大量的揮發性氣體，故要求設備防爆，同時不受氣體的影響，基于柴硫酸儲罐的內部結構特點以及存儲介質的特性，我公司選用了非接觸式FMR530智能型雷達液位計來測量介質的物位。
         我公司有6臺硫酸儲罐，罐體間可實現連通，為保證測量的精度和安全性，我公司分別在6個罐體上分別安裝了雷達液位計，互為備用，并且在正常情況下還可以實現兩個液位測量值的準確度參照比較。在安裝雷達波液位計時，剛開始采用傾斜的安裝方式，其傾斜角度不超過15°，調試液位計儀表時發現無物位數據顯示，分析故障原因是由于發射的雷達波到達罐體鋼板上反射回來的，其主要原因是產生的虛假回波干擾太大造成的。重新調整雷達液位計的安裝角度后發現出現物位數據，但該數據波動很大，并且由于分析原因可能是因為液面波動對雷達波反射造成影響，基于此原因，決定在罐內的測量筒內安裝反射板，重新調整雷達物位計的安裝，使其雷達波的發射天線平面與反射板平行，這樣測得的物位數據比較準確。反射板的面積計算：采用FMR530智能型雷達液位計，其天線尺寸參數DN80/3",波束角α=10°，雷達波傳播的區域如圖2 所示。根據公式Tan5°=W/2D,可求出W=900 mm，進而求出反射板的面積。因此我們可以制作一個直徑不小于900 mm的圓盤即可。

把雷達液位計接線端子上的信號線接到安全柵，即先通過安全柵再連到DCS的I／0卡件及SIS系統，并完成軟件組態和雷達液位計參數的設置，可以通過DCS 系統實時監控儲罐介質物位的變化情況，以及實現儲罐物位的遠程控制、實時／歷史數據的監視。

6 結束語
        綜上所述，雷達液位計在硫酸儲罐改造后能夠完全滿足現場物位測量的要求。由于雷達液位計無可動部件，沒有機械磨損，具有安裝維護方便、性能穩定可靠、抗干擾能力強等優點，以實現物位的準確測量和自動控制。