导波雷达液位计

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导波雷达液位计在煤化工领域的应用情况概述

作者: 来源: 发布时间:2017-10-25 10:44:37

 摘要:从仪表的实际应用出发,分析在煤化工特殊工艺生产环境下导波雷达液位计的应用情况。

 
1、雷达原理
        导波雷达液位计是一种在化学工业中常用的液位测量仪表,依据时域反射原理(TDR)。它发射出的雷达脉冲以光速沿着钢缆或探棒进行传播,当遇到被测介质表面时,由于介电常数发生突变,部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置。雷达液位计采用发射-反射-接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出雷达波,经被测对象表面反射后,再被天线接收,雷达波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比,关系式如下:
        D=CT/2
        式中,D为雷达液位计到液面的距离;C为光速;T为雷达波运行时间。
雷达液位计记录脉冲波经历的时间,则可算出液面到雷达天线的距离,从而知道液面的液位。
 
2、雷达应用概述
        华电榆林凯越煤化有限责任公司主要采用三种类型的雷达液位计和导波雷达液位计,分别用在三个工段:
        (1)甲醇储罐采用±1mm精度的MicropilotS系列FMR540雷达液位计,这种雷达信号较强,属于计量级别的液位计。发射器用氮气密封,蒸汽基本无法污染,测量准确。
        (2)煤仓料位采用固体测量专用FMR250雷达料位计。此类雷达液位计测量筒仓内的煤粉,经常有大量的水汽,如果该料位计密封空间安装,必须应用氮气吹扫,防止发射器有凝结水,造成测量误差;或者将料位计空置于管体顶部,能够通风,防止发射器产生凝结水珠。
        (3)其他装置上选用导波雷达:在高温高压工况应用FMP45系列,耐压40MPa,耐温-200~400℃;腐蚀工况应用FMP41C系列,法兰和测量杆带防腐涂层;一般工况应用FMP40系列。综合考虑,工况越复杂,雷达液位计应用中存在的问题越多,给车间的检修工作带来很大难度。这些工艺环境主要有高温高压、真空、蒸汽、强腐蚀等。
 
3组态
        组态是仪表安装后的主要工作。E+H组态工具有三个类型:液位计表头液晶显示模块;支持HART协议的手操器475;预装操作软件ToFtool或者DEVICECARE的个人计算机。三者都能够进行对仪表进行组态,而ToFtool或者DEVICECARE是图形化软件,除了可以远程组态,还有一个重要功能就是通过包络线对信号进行分析滤波。
 
        主要组态数据有罐体形状、介电常数、缆绳长度、上下盲区、空标、满标等。实际安装数据图如图1所示。组态数据必须和实际安装和测量情况高度一致,否则就会测量不准确。介电常数的大小主要和回波的质量强度有关,组态时选择不合适就会出现测量不准的现象。回波抑制rangeofmapping是一项重要的组态项目,是保持真实波,滤出干扰波的数字信号处理方法。
实际安装数据图
4、维护
        雷达液位计的故障点有很多,在处理时通过逐步细化功能段,借助测量仪表工具用排除法解决。首先要初步判定故障是在雷达设备还是在DCS控制部分,具体方法是对雷达进行单独通信,如果正常,说明是DCS出现问题。如果确定雷达设备故障,需判断是硬件还是软件故障,如果是软件故障则要利用调试软件进行查看;硬件则需判断是机械部分还是电气部分,并分析判断最有可能出现故障的模块,然后用正常模块进行替代,逐步排除,找到故障点。有时也可能是几个故障点共同引起的,就要用完全替换法找出故障所在。维护工作还须注意:
        (1)接地保护。仪表本体的接地保护有两种,分别是保护接地和工作接地。保护接地是为了防止检修维护时操作人员触电,必须对表头外壳进行接地处理;为了保证仪表电源线和信号线不受电子干扰,同时保证电子元件免于电子损坏,将电缆屏蔽层接到DCS机柜的接地排上,只需一端接地即可。
        (2)雷达的清洁。由于煤化工特殊的工艺环境,测量介质大部分是未处理完全的黑水或者灰水,介质内含有大量结晶物、腐蚀物、高温水汽等。这种工况会使得发射天线和导波杆上堆积大量结晶物,影响雷达波的有效传播,使其信号变弱。应经常性对天线和导波杆进行清洁,具体方法是在测量管处上加装排污阀进行排污处理。如果测量效果还不理想,可以将仪表拆除后打磨抛光导波杆,同时清除测量管内异物。
        (3)DEVICECARE软件的应用。可以在中控室远程连接预装DEVICECARE软件的电脑终端观察回波曲线,从曲线图可以知道所有测量距离处的回波能量,借此识别虚假波或真实液位波形,进而进行组态回波抑制或者对仪表本体进行清洁处理等检修,除去干扰波的影响,得到准确液位数据。一气液分离器的液位回波显示曲线如图2所示,离发射端0.75m处有一信号强大的干扰回波,可以根据工艺判断可能的原因,为检修工作提供指导意见。
气液分离器的液位回波曲线
        (4)高温介质的影响。在煤化工净化工段中,有大量储罐需要测量液位,其测量介质大多是气液两相的高温介质。高温水汽对发射天线的信号传输有重大影响,造成测量不准确。高温水气同时可能会使表头处泄露,损坏仪表本体而造成重大经济损失。因此,必须根据具体工况选择耐用的仪表。
 
5、检修
        (1)清除测量管内异物。在该厂黑水处理工段的除氧器液位计应用中,出现液位计始终不变化的状况。经检查,在测量管内有堵塞的煤渣,直接造成虚假液位,表现为液位始终不变化,即发射的雷达波从此处反射回接收单元。遇到这种状况应关闭上下截止阀,打开排污阀排污处理,也可以微开上部截止阀而利用罐内的蒸汽来冲洗测量管。
        (2)断电重启仪表。导波雷达主要由电气部分和机械部分组成,电子部分是核心部分,长时间运行的电子部件容易死机,重新启动是有效的处理方法。
        (3)检查发射天线是否污染。在煤仓料位FMR250雷达料位计的应用过程中时,经常出现液位99%的显示值,且始终不变化,检查外观和断电处理后发现仍然不解决问题。后拆除过程连接法兰后发现发射端口凝结水珠,用面纱清洁并安装,实时液位有变化。后发现该厂未按要求在雷达发射天线处增加氮气吹扫装置。装置长时间应用后在管壁上会有大量积垢,在真空环境中,在管中粘结许多水珠,水珠不能随着液位上下变化滞留在测量管内,或者有项目初期遗留的异物,导致虚假液位。
        (4)回波抑制。回波抑制本质是通过软件DEVICECARE等对时间数字信号滤波处理,滤掉干扰信号波而保留真实液位波,而真实液位到底是多少,还需要工艺车间做出判断。
        (5)垫片的选择。在净化工段,导波雷达液位计的测量介质是气液两相高温灰水,选用高温型FMP45型雷达。实际应用中,来自其他工段的灰水含有氨气等酸性气体,由于垫片为紫铜垫片,造成了垫片腐蚀、气体泄露生产安全事故,更换垫片可解决泄漏问题。
 
6结语
        化工生产工艺的稳定极大地依赖于仪表的正常运行,而仪表本体的低故障率有赖于多方面,使用环境、选型、安装、组态调试、巡检、维护、检修每个环节都和雷达液位计稳定运行有关。本文主要以雷达液位计FMR540/FMR250、导波雷达液位计FMP40/FMP45为应用背景,分享了部分工作经验。

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