導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在槽罐液位測(cè)量中的應(yīng)用

　　隨著工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域傳感技術(shù)的快速發(fā)展，水平測(cè)量的自動(dòng)化水平促進(jìn)，在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行水平測(cè)試的儀器種類很多，各種液位計(jì)、液位計(jì)有的應(yīng)用。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)以優(yōu)良的產(chǎn)品性能為基礎(chǔ)，應(yīng)用于許多復(fù)雜的工業(yè)測(cè)量中，特別適用于抗干擾要求高的測(cè)量情況。

　　蒸發(fā)工藝是氯堿生產(chǎn)的重要工序，在生產(chǎn)過(guò)程中，確定是否正確測(cè)量罐內(nèi)液體水平是實(shí)現(xiàn)燒堿蒸發(fā)工藝自動(dòng)堿的關(guān)鍵。在該工藝中，堿液的特點(diǎn)是高溫、高濃度、強(qiáng)腐蝕性、結(jié)晶性，因此蒸發(fā)過(guò)程中蒸發(fā)罐內(nèi)容易形成固體、液體、氣體三相共存，堿液長(zhǎng)期沸騰，容易形成假水平，對(duì)物界的準(zhǔn)確檢測(cè)造成了很大困難。

　　某公司年產(chǎn)量15萬(wàn)t燒堿廠蒸發(fā)工藝蒸發(fā)罐液面測(cè)量，初期雙法蘭差壓水平變送器，但由于堿液腐蝕性、高溫、長(zhǎng)期水平正常測(cè)量，不僅不能滿足生產(chǎn)要求，還增加了操作員、儀表工作量。然后，我們?cè)囼?yàn)了各種水平的測(cè)試設(shè)備，效果并不令人滿意。因此，該公司引進(jìn)導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)和長(zhǎng)期使用，取得了很好的使用效果，實(shí)現(xiàn)了燒堿蒸發(fā)過(guò)程中堿的自動(dòng)控制。

　　本文采用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量燒堿蒸發(fā)罐液位，闡述了導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理和優(yōu)點(diǎn)。燒堿蒸發(fā)工藝應(yīng)用中導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的可行性和可靠性證明。

　　1導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理及優(yōu)點(diǎn)

　　1.1測(cè)量原理

　　導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)是根據(jù)圖I所示測(cè)量的時(shí)間偏移原理的“頂部”測(cè)量?jī)x。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量從基準(zhǔn)點(diǎn)(儀表工藝連接點(diǎn))到被測(cè)試材料表面的距離時(shí)，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高頻脈沖，高頻脈沖注入探針，沿著導(dǎo)波體向下傳輸，該導(dǎo)波體可以是金屬硬條或柔性金屬電纜。脈沖遇到材料表面時(shí)會(huì)反射，反射脈沖信號(hào)沿著導(dǎo)波體傳送到接收器，發(fā)件人微處理器將距離信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。

　　雷達(dá)液位計(jì)

　　圖1導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量原理

　　c設(shè)定為光通量，從參考點(diǎn)到測(cè)量的材料曲面的距離

　　d在脈沖發(fā)送到接收時(shí)詢問(wèn)：

　　D=c t/2

　　根據(jù)已知空罐高度e的級(jí)別：

　　L=e-d

　　導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)主要由發(fā)送和接收設(shè)備、導(dǎo)波探頭、信號(hào)處理器、操作面板、顯示頭和錯(cuò)誤報(bào)警組成。導(dǎo)波探頭是導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的重要組成部分，在選擇液位計(jì)時(shí)，可以根據(jù)條件選擇合適的導(dǎo)波探頭，以測(cè)量準(zhǔn)確的液位。導(dǎo)波探頭分為桿、電纜和同軸桿類型三大類，不同類型的導(dǎo)波探頭各有優(yōu)缺點(diǎn)。封式適合于測(cè)量泡沫、沸騰表面或湍流形成的介質(zhì)，對(duì)蒸汽和泡沫有很強(qiáng)的抑制力，但由于太長(zhǎng)，不容易運(yùn)輸和安裝，不適合用于太多距離的測(cè)量;電纜適用于范圍不限的測(cè)量，適用于粘性液體或固體粉末介質(zhì)的測(cè)量。同軸桿類型適用于液化氣和介電常數(shù)低的液體的測(cè)量。1.2導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)除了普通雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)外，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)還有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　A.可以測(cè)量各種介質(zhì)。在1.4-100.0(空氣的介電常數(shù)為1.0)時(shí)，測(cè)量介電常數(shù)中的幾乎所有液體和漿料(1.0)，不受介電常數(shù)、溫度、壓力和密度等條件變化的影響，測(cè)量液體、固體、顆粒和粉末等。

　　B.信號(hào)穩(wěn)定準(zhǔn)確。導(dǎo)波探頭中的信號(hào)傳輸不受液位波動(dòng)和坦克的障礙物影響，由液位計(jì)接收的返回信號(hào)很強(qiáng)，導(dǎo)波雷達(dá)可以根據(jù)底部回波信號(hào)校準(zhǔn)測(cè)量，使信號(hào)更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確。

　　C.特別適用于測(cè)量包含蒸汽、霧和泡沫的介質(zhì)。霧和氣泡對(duì)測(cè)量沒(méi)有影響，電磁波不通過(guò)空間傳播，因此霧不會(huì)引起信號(hào)衰減，氣泡散開(kāi)也不會(huì)失去能量1。

　　D.低能耗。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)輸出到導(dǎo)波探針的信號(hào)能量小，為普通雷達(dá)發(fā)射能量(約0.1兆瓦)的10%，因此使用電路電源代替單獨(dú)的交流電源，可以大大節(jié)省安裝費(fèi)用意圖3。

　　2導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)等液位計(jì)應(yīng)用比較

　　液位計(jì)的種類很多，根據(jù)各種工作條件，各種液位計(jì)各有優(yōu)點(diǎn)。但是蒸發(fā)過(guò)程的條件比較復(fù)雜，堿液具有高溫、高濃度、腐蝕性和結(jié)晶性好的特性，儀表故障率高，維護(hù)量高，使用周期短，難以在線維修。在這種情況下，以前使用的液位計(jì)類型包括電極級(jí)開(kāi)關(guān)、雙法蘭差壓級(jí)變送器和電容式液位計(jì)等。電極級(jí)開(kāi)關(guān)不能用不連續(xù)料位計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控槽內(nèi)的液位變化，電極表面容易結(jié)鹽，因此往往由于錯(cuò)誤的液位測(cè)量，開(kāi)關(guān)閥工作不正常，對(duì)生產(chǎn)操作不利。雙法蘭差壓電平變送器的膜片座周圍容易結(jié)晶，鹽結(jié)，測(cè)量信號(hào)嚴(yán)重延遲，不準(zhǔn)確。電容式料位計(jì)的電容易被堿液腐蝕，電極破裂，測(cè)量信號(hào)不準(zhǔn)確。為了解決這些問(wèn)題，將導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用于該工藝，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)際使用，取得了很好的測(cè)量結(jié)果，大大提高了生產(chǎn)效率。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)是能夠同時(shí)滿足高溫、強(qiáng)腐蝕和結(jié)晶等條件的探測(cè)器。表1是4種液位計(jì)使用情況的比較。

　　雷達(dá)液位計(jì)

　　3導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在蒸發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用

　　3.1燒堿蒸發(fā)工藝簡(jiǎn)介

　　氯堿產(chǎn)業(yè)是利用電解飽和鹽水生產(chǎn)燒堿(氫氧化鈉)和副產(chǎn)品氫的工藝，鹽水精制、電解、蒸發(fā)、產(chǎn)品精制等是主要工藝。由含有一定量NaCI和大量水的電解產(chǎn)生的堿液通過(guò)蒸發(fā)濃縮，去除NaCl才能制造符合商品堿要求的產(chǎn)品(o .中國(guó)燒堿蒸發(fā)過(guò)程的主流工藝是圖2所示的三效下游)。三效下游是一排運(yùn)行3個(gè)蒸發(fā)器的蒸發(fā)操作過(guò)程，堿液和蒸汽的流動(dòng)相同。也就是說(shuō)，相反的順序流向結(jié)果。生蒸汽被送到加熱室，蒸發(fā)的二次蒸汽被送到二次電的加熱室，二次蒸汽被送到三次電的加熱室，三次蒸汽被送到冷凝器，全部凝結(jié)。電解質(zhì)的進(jìn)入效果，濃縮后，各功效繼續(xù)濃縮，直到濃縮到所需濃度為止。圖2 3效果下游蒸發(fā)工藝圖

　　雷達(dá)液位計(jì)

　　3.2導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在蒸發(fā)罐中的應(yīng)用

　　3.2.1選擇導(dǎo)波探頭

　　蒸發(fā)三效下游工藝中各效率蒸發(fā)罐的條件見(jiàn)表2。

　　表2角效應(yīng)蒸發(fā)罐條件

　　由于蒸發(fā)罐液位測(cè)量距離為2m，測(cè)量距離短，導(dǎo)波探頭選擇桿類型。表2所示，蒸發(fā)罐的工作條件為I效應(yīng)~ 效應(yīng)溫度，壓力降低，堿液濃度增加。堿液在高溫下對(duì)許多金屬產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，濃度越高，腐蝕性越強(qiáng)，濃度超過(guò)30%，溫度超過(guò)80 ，對(duì)金屬的腐蝕迅速增加，溫度越高，腐蝕越嚴(yán)重。即可從workspace頁(yè)面中移除物件。因此，導(dǎo)波探針的材料不能只選擇一般防腐金屬材料，例如304不銹鋼。特氟龍對(duì)所有濃度的堿液都具有良好的耐蝕性，溫度可達(dá)1900，并具有特氟龍和耐磨性。“1在堿液沸騰時(shí)，可以抵抗導(dǎo)波探針的清洗。”因此，導(dǎo)波棒的材料采用304不銹鋼外襯聚四氟乙烯，耐蝕性和耐磨性好，滿足工作條件測(cè)量要求，提高液位計(jì)使用周期。導(dǎo)波桿易于拆卸，更換簡(jiǎn)單，一旦導(dǎo)波桿損壞，只需更換導(dǎo)波桿，因此無(wú)需更換整個(gè)儀表，從而大大降低了儀表維修費(fèi)用。

　　3.2.2安裝導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)

　　導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)安裝有兩種形式。

　　A.直接安裝頂部。直接安裝在水箱直徑的1/6到1/4之間的水箱屋頂，探頭和水箱墻之間的距離至少為100mm，安裝方法有螺紋和法蘭兩種選擇，通常插入到設(shè)備內(nèi)部的導(dǎo)波桿長(zhǎng)度是設(shè)計(jì)要求的測(cè)量范圍。

　　B.旁路管安裝。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)安裝在旁通管的頂部，旁通管重新連接到容器，一般旁通管上下接口的中心距離是設(shè)計(jì)要求的測(cè)量范圍。導(dǎo)波管內(nèi)壁光滑，旁路管直徑為40-100 ram。蒸發(fā)罐呈錐形，堿液沸騰，因此，為了不測(cè)量干擾，選擇旁路管安裝，旁路管將收集反射波，加強(qiáng)反射信號(hào)，防止液面波動(dòng)，因此旁路管安裝測(cè)量效果更好。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的旁路管安裝如圖3所示。

　　圖3導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)旁路管安裝示意圖

　　雷達(dá)液位計(jì)

　　3.2.3導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在蒸發(fā)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　蒸發(fā)過(guò)程中需要監(jiān)控的主要參數(shù)是各進(jìn)出口堿液溫度、蒸發(fā)過(guò)程的自動(dòng)控制是將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的等級(jí)、溫度和壓力等信號(hào)發(fā)送到DCS，然后DCS的過(guò)程控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)信號(hào)自動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)閉，完成堿液供應(yīng)、過(guò)量進(jìn)口、排放和自動(dòng)堿的過(guò)程。現(xiàn)在，以蒸發(fā)效果為例，說(shuō)明了通過(guò)液位自動(dòng)控制的自動(dòng)堿生產(chǎn)過(guò)程，如圖4所示。圖4 效果過(guò)程控制流程圖

　　LV 1 1003A——效果超材料閥;

　　LV 1 1003B——效應(yīng)循環(huán)閥;

　　LV-1003 c ——堿閥效率

　　蒸發(fā)過(guò)程的自動(dòng)控制步驟如下：

　　A.活性堿液濃度達(dá)到設(shè)定的堿濃度值，

　　并且當(dāng)效率水平高于設(shè)定的下限時(shí)，打開(kāi)效率堿性閥LV 1 1003C，完成的堿液會(huì)流向下一個(gè)冷卻工序。同時(shí)關(guān)閉效循環(huán)閥LV-1003B，防止堿液回流;效應(yīng)效應(yīng)與材料閥LV.1003A同時(shí)關(guān)閉，防止效應(yīng)同時(shí)供給和排出。

　　B.效率堿液濃度達(dá)到設(shè)定的堿濃度值，效率水平低于設(shè)定的下限時(shí)，效果應(yīng)強(qiáng)制開(kāi)啟效果超材料，效果超材料閥LV.1003A，防止效果因無(wú)材料而干燥。

　　C.在堿生產(chǎn)過(guò)程中，如果效率水平低于設(shè)定下限值，則停止堿排放。即關(guān)閉效率堿性閥LV 1 1003C，打開(kāi)效率循環(huán)閥LV-1003B，重新供應(yīng)，蒸發(fā)，濃縮堿液。

　　如上自動(dòng)限制階段所示，準(zhǔn)確的級(jí)別值是整個(gè)過(guò)程中啟用自動(dòng)控制的關(guān)鍵。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)可在多種復(fù)雜條件下使用，綜合性能優(yōu)于其他普通液位計(jì)。蒸發(fā)工藝工人初次使用觀察旁通鏡的原始方法獲得蒸發(fā)罐的液位高度，在惡劣的現(xiàn)場(chǎng)條件下，對(duì)操作者造成各種不安全因素，對(duì)其他液位儀表的使用不滿意。采用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)后，經(jīng)過(guò)多年的使用，該液位計(jì)確認(rèn)測(cè)量準(zhǔn)確可靠，減少了工作人員的工作量和儀表工作人員的維護(hù)量，滿足了蒸發(fā)過(guò)程自動(dòng)控制要求，大大提高了生產(chǎn)技術(shù)水平。