雷達液位計在化工生產中的應用
發布時間：2017-09-01
隨著化工生產的自動化程度的提高，控制系統現場儀表的應用越來越廣泛。儀表進入了一個新的發展時期，新型儀表不斷出現。雷達液位計就是近幾年開始應用的新型測量儀表。在石油、化工等行業得到廣泛應用，尤其適用于各種高溫、高壓、強腐蝕的惡劣環境。雷達技術最初應用于軍事，后來擴展到用于監控民用飛機，將雷達技術應用到液位測量是近20年的事情。其間大致有三個發展階段：射空雷達(PTOF)，調頻連續波雷達(FMCW)，導波雷達(TDR)。雷達是通過發射―――反射―――接收電磁波來測量液位的。電磁波由雷達液位變送器天線發射，通過空間或導波體向下傳遞，到達被測介質表面反射后，再被變送器天線接收到，電磁波從發射到接收的時間與到達液位的距離成正比，其關系式如下：
D=CT/2
L=E- D
式中：D―――天線到液位的距離
C―――電磁波傳播速度 C=300000km/s
T―――電磁波運行時間
L―――罐的液位值
E―――測量基準點至罐底距離
雷達液位變送器記錄電磁波經歷的時間，而電磁波的傳播速度為常數，則可計算出液位到達雷達天線的距離，從而可得出被測液位的量值。雷達液位變送器采用與介質非接觸的測量方式，具有準確度高、無可動部件、安裝簡單、使用可靠、受介質影響小等優點。
雷達液位變送器發射的電磁波有調頻連續式和脈沖波兩種形式。采用調頻連續波技術的液位計功耗大，需用四線制，電子電路復雜，性能好，價格貴。而采用雷達脈沖波技術的液位計功耗低，可用二線制24VDC供電，容易實現本質安全防爆，準確度高，適用范圍廣。
1 雷達液位計的技術特點
1) 電磁波能夠穿透真空，不需要傳輸媒介，不受大氣、霧氣、泡沫、掛料影響。2) 雷達液位計采用一體化設計結構，無可動部件，不存在機械磨損，運行穩定，使用壽命長。3) 測量準確度高，分辯率可達1mm;測量范圍大，最大測量范圍可達40m，特別適用于高大貯罐的測量。4) 采用非接觸測量，不受被測介質各種物理特性的影響，特別是在溫度較高、壓力較高、腐蝕性和蒸汽較大的場合更能發揮其優越性。5) 導波雷達與常規雷達發射量相比，約為其10%，同時通過導波體返回的信號能量強，基本無干擾。
2 雷達液位計安裝的注意事項
1) 雷達液位計的軸線須與液面垂直以增強反射波強度。2) 圓形或橢圓形的容器，應安裝在離中心1/2R距離的罐頂位置;防止容器壁多重反射后形成強干擾波影響準確測量。3) 如果液位波動較大，可采用旁通管安裝。雷達液位計與其它液位計比較有明顯的優勢。雷達液位計安裝簡單、維護量低、價格較高。但是隨著近幾年價格的逐年下降，使用范圍逐漸擴大。
3 故障分析處理
案例一：一臺雷達液位計，正在使用的時候忽然液位在一直快速上升，之后超過范圍就不動了。開始，按照說明書上的介紹調整參數，進行空罐檢測，可是都沒有用，后來工藝催得緊，干脆換掉。換下來后，在下面用水試沒有問題，問題到底出在哪兒呢?經過認真分析和后來的多次問題的處理發現，之所以使用中出現不能檢測，主要是天線本身掛上了介質。
這臺雷達液位計用來檢測苯罐液位，苯在溫度低于6攝氏度的時候會結晶，其實也就是上凍。同時苯又是一種容易揮發的液體，為了防止苯在冬季的結冰，工藝在儲罐上設計有環管蒸汽加熱，這就造成了冬季的時候苯依舊在儲罐內揮發。雷達液位計沒有保溫和伴熱，并且有時安裝在管的頂部的管口上，溫度要遠低于儲罐內溫度，這樣冬季的時候，苯蒸汽碰到液位計的天線會受冷凝結最終結冰，影響雷達液位計的使用。后來再出現這樣的問題，采取的辦法是把儀表拆下，對天線進行清理，做過這樣的工作之后問題通常都能消除。因此在這提醒大家，如果是冬季出現的問題，首先考慮一下保溫和伴熱。要想從根本上解決這個問題，可考慮換型。如果要測量有凝結現象的液體時可以考慮使用帶吹掃裝置的雷達物位計，風可以由內部直接吹著發射天線，這樣可以解決這種現象。或者在喇叭口處包層塑料布透明膠密封，以減輕天線處結晶。減少維護頻率。
案例二：2006年5月，某大型化工企業儀表工作人員巡檢時發現三聚氰胺裝置的雷達液位計儀表輸出老是在最大值。應該是有障礙物造成發射波受阻，使液位計測得距離最小。經細心檢查發現石英窗下面有水柱，通常用水沖洗后便會正常工作。但是，石英晶體沾上了物料或臟污物質，則需要及時清洗，具體方法是：關掉球閥，拆下罩子法蘭和石英實體窗法蘭，用綢布蘸酒精、汽油等溶劑擦拭石英表面，不可用堿性溶劑擦洗，最后將石英玻璃擦干靜，儀表指示恢復正常。注意：在清洗過程中，不要拆開石英固定螺釘，不要用金屬鉗子，以免損傷石英表面的噴涂層。重裝石英窗法蘭時，石墨不銹鋼纏繞墊要按工廠要求更換新的。
案例三：某鋁業公司用雷達液位計測量預脫硅槽液位，是帶攪拌器的漿料罐，有伴熱管。罐高 20 米，直徑 10 米。安裝位置在罐頂1/6D 處，躲開攪拌漿葉并且做了回波干擾抑制。現象：剛安裝上是好的，生產一段時間后就死機，操作沒有反應液晶顯示不變。更換液位計后還是這樣，開始是好的，一段時間后也是死機。查回波曲線、干擾抑制都正常。經過多次反復、歸納總結。最后確定原因是溫度過高，表頭電子元件部分溫度超過65°造成的。生產過程中要保持漿料溫度，溫度傳導至雷達液位計表頭，溫度散不出去超出電子部分的使用溫度。解決方法是加散熱片，或者改為高溫型。改裝后儀表回波曲線正常，工作正常。
案例四：工況介紹：測量距離為10~11m 的金屬錐形底倉，測量介質為漿料。故障：空倉時，無法正常顯示零位。雷達液位計在有料的情況下，測量值基本準確。故障分析：檢查現場，發現安裝位置比較靠近進料口，且基本接近在中心位置，不是很理想。在無液位時，雷達波會進入錐型底倉而使反射回波失真。建議更正方案：將安裝位置移到遠離進料口的位置，且稍靠近倉壁(離倉壁約1.0m 處)，且喇叭口“射”向下料口位置。改進后效果良好。
案例五：某化工廠用雷達液位計測量距離為2米的過程罐，測量介質為氯甲烷，溫度為130℃。故障現象：在生產過程中，加壓后，儀表測量數據失常。無法讀取液位值。故障分析：通過測量效果及所表現的現象來看，估計氯甲烷在高溫下介電常數下降(大多數介質都有這樣的特性)，這臺雷達液位計在正常情況下只能測量介電常數大于3的介質。解決方案是加裝導波管，增強反射波強度，改裝后效果良好。
摘自：中國計量測控網
