雷达导波液位计在电力生产中的应用

雷达液位计采用“发射—反射—接收”的工作模式。其测量原理是: 雷达液位计的天线发射出电磁波, 这些波经被测对象表面反射后, 再被天线接收, 电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比, 雷达液位计记录脉冲波经历的时间, 而电磁波的传播速度为常数, 则可计算出液面到雷达天线的距离, 从而测得液体的液位。

距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比: D = C × T/2 ( 其中C为光速)

因空罐的距离E已知, 则物位L为: L = E – D ( 如图1 所示) 。

通过输入空罐高度E ( = 零点) , 满罐高度F ( = 满量程) 及一些应用参数来设定, 应用参数将自动使仪表适应测量环境, 对应于4 ~ 20 m A输出。

图1 液位测量参数   下载原图

导波雷达物位计的探头发出高频脉冲并沿缆绳、杆式探头传导, 当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器, 并将距离信号转化成物位信号, 从而测得实际液位的高度。

雷达液位计和导波雷达一般情况可以通用, 但也有一些区别。根据测量方式, 这种雷达导波液位计与前者的不同是利用钢缆传输信号, 即需要一种传输介质, 而一旦在传输过程中遇到其他阻隔, 就会产生误导信号。但从另一方面来说, 也避免了前者容易产生回波、虚假波的状况, 所以说, 这两种液位计各有优缺点。

以下是两种液位计在工作原理和测量方式的比较 ( 见表1) 。

表1 两种液位计比较    下载原表

( 1) 雷达液位计几乎能用于所有液体的液位测量。并且不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。

( 2) 雷达液位计测量是发出的电磁波能穿过真空, 不需要传播介质, 不受大气、蒸汽、槽内挥发雾的影响。

( 3) 普通雷达可以互换使用, 而导波雷达由于导波杆 ( 缆) 长度根据原工况固定, 一般不能互换使用。雷达液位计***大的缺点在于: 电磁波在液位表面反射时, 信号会衰减, 当信号衰减过小时, 会导致雷达液位计无法测量到足够的电磁波信号, 从而失去监视。

( 1) 如罐内有搅拌, 介质波动大, 此时用底部固定的导波雷达测量值比普通雷达稳定;

( 2) 小罐体内的物位测量, 由于安装测量空间小 ( 或罐内干扰物较多) , 一般普通雷达不适用, 这时导波雷达的优势就显现出来了;

( 3) 低介电常数的工况, 由于普通雷达发射的波是发散的, 当介质介电常数过低时, 信号太弱测量不稳定, 导波雷达波是沿导波杆传播信号相对稳定;

( 4) 一般的导波雷达还有底部探测功能, 可以根据底部回波信号能测量值加以修正, 使信号更为稳定准确。

目前, 雷达导波液位计在电厂的使用比较广泛, 在燃机电厂主要应用于油罐油位的测量。由于雷达式液位计的测量是基于波的反射原理, 因此, 对液位计的安装也有一些特殊的要求。

( 1) 传感器中心线须与被测液位垂直, 不能倾斜;

( 2) 防止漫反射;

( 3) 液位计在测量底部和顶部都有一定的死区;

( 4) 避免碰到障碍物, 形成虚假波。

在实际现场安装中, 依据厂方的安装指南, 避免了许多问题。

安装位置远离进料口, 在电厂油罐测量的运用时, 因为油罐进口管道一般设置在下部, 所以, 能够避开的选择余地相对要大。但是, 由于油罐底部结果相对复杂, 会设置有一些加热装置等, 因此, 实际选择测点位置时, 必须做到: 避开底部障碍物; 与底部设施保持一定距离。

而且, 根据要求, 液位计不能安装在罐顶的中心位置。通常油罐顶部都是有弧度型的, 由此, 却引发了一系列的问题, 如: 传感器的量程设置, 不能简单地按照油罐的实际标高来设定。

( 1) 准确测量出液位计安装位置到底部的实际距离;

( 2) 不能忽略安装法兰 ( 容器接管) 到罐的距离。

(1) 安装时不能弯曲探头。

( 2) 探头不能接触到安装底座。

( 3) 钢缆探头需垂直, 不能发生弯曲, 也不能太长, 碰到罐壁。

在电厂的实际应用中, 雷达导波液位计正常投用***关键的步骤是现场调试。

现场调试中***基本的参数设定包括:

雷达液位计零位及满度的设置; 油罐罐高的设置; 传感器死区的设定 ( 见图2) 。

A1: 顶部死区: 表示测量量程的上限顶部到法兰下表面的***小距离。如果进入死区, 仪表输出值将进入故障保险输出状态。

A2: 底部死区: 表示探头末端有一段测量不到的区域。

图2 传感器死区设定   下载原图

D: 非测量区域: 仪表测量不到的区域。

另外, 由于油罐的实际情况, 在实际测量中存在偏差, 可以进行适量的修正, 即参考偏移量的设置和罐底偏移量的设置。

仪表设备的检测, 就是为了对所测的物理量进行监控, 液位计的作用就是测量液位的波动情况, 因此, 运行过程中随时会收到这样的报警信号:

( 1) 液位测量值偏高———测量值进入死区, 或在测量量程以外, 测量值不正确或被冻结。

此时, 实际液位应该偏高, 可能溢出, 应降低液位以达到安全位置。

( 2) 液位测量值偏低———液位低于探头位置或在测量范围外, 测量值不正确或被冻结。

此时, 实际液位可能确实偏低, 需要进料, 使液位高于探头位置即可恢复正常。

( 3) 液位测量信号丢失———仪表不能发现介质表面 ( 通常显示是溢出信号) 。此时, 油罐可能是空罐, 或满罐已进入死区。若是空则需要进料;若满罐已进入死区, 则需排料。

( 4) 溢出———罐内液位已满或超出测量量程范围, 有时会直接显示“液位高”此时应降低液位以达到安全位置。

而当液位计发生故障时, 还可以通过检测波形来分析故障原因, 这部分工作通常是在厂家的指导下共同完成的。

(1) 液位显示不稳, 明显晃动;

( 2) 液位突然窜至满刻度, 并处于超量程状态。仪表输出为22 m A电流。

根据资料查询, 导波雷达液位计液位跳变的原因大约有以下几种情况:

1) 容器进料时, 导波雷达离进料口太近。这个情况可以改变导波雷达的安装位置来避免;

2) 容器即将空时, 导波雷达的探头顶端和液位分开, 雷达波从探头顶端直接被反射回来, 常常也会出现一个跳变, 这个情况重新做好补偿曲线会有帮助;

3) 容器内在探头附近有个障碍物 ( 金属突起或安装了其它仪表) , 当液位没过障碍物时, 这个障碍物对雷达波的影响会放大, 导致液位跳变, 这个情况要清除障碍物。

在运行中, 经常碰到的是第2 种情况。鉴于此类现象时往往处于低液位, 因此不希望PLC显示超量程状态 ( 22 m A) , 为此, 特意联系厂家, 将此时的输出电流锁定为3. 5 m A, 屏幕显示为“0. 00 m”。

此外, 在实际测量中, 也会发生由于天气情况的变化导致信号失灵的现象: 例如夏季雷雨天气, 雷达液位计测量模块遭雷击损坏, 无法正常监测。遇到类似情况, 就必须更新设备了。

任何检测设备在实际应用中都会碰到些问题, 雷达导波液位计也不例外。尤其是在调试的初级阶段, 有时液位计的测量与实际液位存在偏差, 因此, 需要不断调整某些参数的设置, 方能达到***佳的检测效果。

当前, 雷达导波液位计在电厂中的应用越来越广泛, 随时会碰到各种意想不到的缺陷, 只有不断地积累经验, 熟悉和掌握检测设备的各项性能, 才能更好地提高热工检测的准确性, 为电厂主设备的正常安全运行提供保障。