雷达液位计在硫酸储罐的应用

王保东

(新疆喀拉通克矿业有限责任公司富蕴836107)

雷达液位计在硫酸储罐的应用

王保东

(新疆喀拉通克矿业有限责任公司富蕴836107)

冶炼自动化生产的安全稳定运行离不开测量仪表的准确、稳定地工作。本文介绍的硫酸液位测量是其中一个难题。基于雷达液位计在硫酸储罐中的物位测量，首先要有正确的选型、安装，其次要有准确的量程范围设置，正确的日常维护、使用以及对故障的分析解决方式。

雷达液位计时域反射(TDR)原理

1 引言

我公司的冶炼生产过程中的硫酸储罐主要用于储存日常制酸生产报产生的硫酸，而硫酸储罐的液位是否准确直接关系到冶炼生产的连续性，因硫酸储罐内储存的是98%的浓硫酸，在罐体内会产生有部分的酸雾对液位检测会造成一定的影响，同时液位在输入硫酸和放出硫酸钠时液面波动比较大，传统的检测仪表不适合检测（主要是因为防腐和抗扰动问题），目前只有选用雷达液位计才能达到比较高的测量精度。由于它具有连续测量精度高、非接触式以及测量范围大、防腐性能较好等特点，雷达液位计在有色冶金行业也得到非常广泛的应用。

2 雷达液位计的基本原理

雷达液位计采用的是时域反射(TDR)原理，通过发射电磁波来计算电磁波达到两种介质相界面并反射回到接收天线所用的时间，从而实现介质物位的测量。雷达液位计的工作原理与通过空间传播电磁波的雷达非常相似，电磁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为电磁波的速度；T为电磁波在发射-发射-接收过程中运行的时间，其雷达液位计的超高速计时电路可以精确地测量出电磁波传导经历的时间，而电磁波的传输速度C为常数，即可计算出液面到雷达天线的距离D，从而知道液面的液位L=E-D,雷达液位计的测量原理如图1。

在实际运用中，雷达液位计有调频连续波和脉冲波两种方式。采用调频连续波技术的液位计电子电路复杂、功耗大、须采用四线制，而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低、安全可靠、精确度高、可用二线制的24VDC供电，其适用范围更广，在柴硫酸储罐中即使用了雷达脉冲波液位计。

图1 雷达液位计原理图

3 雷达液位计的技术特点

(1)雷达液位计采用一体化设计，无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长；

(2)雷达液位计测量时发出的电磁波不需要传输媒介，不受大气、蒸气、槽内挥发雾的影响；

(3)不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响；

(4)可用于高温、高压的液位测量；

(5)抗腐蚀能力强，能适应腐蚀性很强的环境；

(6)具有虚假回波抑制的功能，通过虚假回波抑制液面到天线的虚假回波信号，排除虚假回波的干扰;

(7)雷达液位计没有测量盲区，精度可以做的很高。

4 雷达液位计的安装注意事项

(1)发射天线中心轴线与介质表面保持垂直，天线和介质表面保持距离至少5cm如介质与天线接触，在天线上会粘附介质，影响测量)；

(2)天线与罐壁至少保证30cm的间距；

(3)天线喇叭口的前端应从罐的接管（安装短管）内完全露出来；

(4)不要安装在加料口的上方；

(5)避免安装于贮罐中心位置。若罐顶为球形或拱形时，不要安装于贮罐中心位置，应采用导波管或旁通管方式安装；若罐顶为平顶时，可以安装在罐顶中央，这样可以测到罐底最低点；

(6)安装在带有搅拌器的容器时，应尽量避开搅拌器搅拌时所形成的涡旋区，以尽可能地消除不规则液面对微波信号散射所造成的衰减；

(7)在信号波束内请勿安装诸如限位开关、温度传感器之类的装置、其有可能会干扰测量；

(8)在测量介电常数较小的介质时，应该用导波管或旁通管方式安装，并且导波管或旁通管必须延伸到所需要的最小液位处。

5 雷达液位计在干式气柜中的应用

我公司柴硫酸储罐是一个立式储罐，因罐内存有大量的挥发性气体，故要求设备防爆，同时不受气体的影响，基于柴硫酸储罐的内部结构特点以及存储介质的特性，我公司选用了非接触式FMR530智能型雷达液位计来测量介质的物位。

我公司有6台硫酸储罐，罐体间可实现连通，为保证测量的精度和安全性，我公司分别在6个罐体上分别安装了雷达液位计，互为备用，并且在正常情况下还可以实现两个液位测量值的准确度参照比较。在安装雷达波液位计时，刚开始采用倾斜的安装方式，其倾斜角度不超过15°，调试液位计仪表时发现无物位数据显示，分析故障原因是由于发射的雷达波到达罐体钢板上反射回来的，其主要原因是产生的虚假回波干扰太大造成的。重新调整雷达液位计的安装角度后发现出现物位数据，但该数据波动很大，并且由于分析原因可能是因为液面波动对雷达波反射造成影响，基于此原因，决定在罐内的测量筒内安装反射板，重新调整雷达物位计的安装，使其雷达波的发射天线平面与反射板平行，这样测得的物位数据比较准确。反射板的面积计算：采用FMR530智能型雷达液位计，其天线尺寸参数DN80∕3",波束角α=10°，雷达波传播的区域如图2所示。根据公式Tan5°=W∕2D,可求出W=900mm，进而求出反射板的面积。因此我们可以制作一个直径不小于900mm的圆盘即可。

图2 雷达波传播区域

把雷达液位计接线端子上的信号线接到安全栅，即先通过安全栅再连到DCS的I／0卡件及SIS系统，并完成软件组态和雷达液位计参数的设置，可以通过DCS系统实时监控储罐介质物位的变化情况，以及实现储罐物位的远程控制、实时／历史数据的监视。

6 结束语

综上所述，E+H公司的FMP530雷达液位计在硫酸储罐改造后能够完全满足现场物位测量的要求。由于雷达液位计无可动部件，没有机械磨损，具有安装维护方便、性能稳定可靠、抗干扰能力强等优点，以实现物位的准确测量和自动控制。

收稿：2015-05-06

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.05.031