雷达液位计在卤水电池级碳酸锂工业中的应用

<雷达液位计在卤水电池级碳酸锂工业中的应用>的摘 要： 阐述了青海锂业有限公司一期复杂工况（ 如洗涤槽） 液位测量难度及存在的问题， 介绍液位计的选型尝试过程， 雷达液位计安装及调校注意事项， 以及安装调试后的运行情况。

0 引言
近年来， 随着国家对环保及节能减排的重视， 动力汽车等清洁能源需求量大幅增加， 电池级碳酸锂产品供不应求。 青海锂业有限公司作为国内zui大的卤水电池级碳酸锂生产企业之一， 利用东台吉乃尔盐湖高镁锂比卤水， 采用膜法分离在直流电场的作用下将 Mg2+ 和Li+分离开来 , 此工艺具有自动化程度高， 节能环保等优点。 但是利用硫酸盐亚型高镁锂比盐湖卤水制取电池级碳酸锂的工艺复杂、 控制要求高， 对于每个工序仪表选型及测量值的稳定性要求严格， 复杂工况下选用适合该工况仪表才能给工艺提供精确测量值。 该公司膜法分离工艺为国际首创， 工艺方面无借鉴之处， 只能通过现场实验探索出适合该工艺的测控仪表。

1 一期复杂工况（如洗涤槽）液位测量难度及存在的问题

在碳酸锂生产中， 洗涤工序根据 N a C l 和 L i 2 C O3在水中的溶解特性， 加入热水除去产品中 N a+ 和C l- ，洗涤的固液比为 4 ∶1 。 洗涤槽下部为锥体结构， 槽内为双层桨叶搅拌（ 转速为 6 5 r/m in ） ， 底部插有进水管和检修爬梯。 运行时槽内碳酸锂浆液粘性大， 温度在 9 0℃左右， 有大量的水蒸汽。 因此洗涤槽工况复杂， 液位测量难度大， 影响产品品位及稳定度。一期复杂工况（ 如洗涤槽） 液位的测量存在如下问题。
（ 1 ） 由于工况极为复杂， 液位计选型难度大， 接触式液位计无法安装， 非接触式液位受内部机械结构及工况的影响， 测量效果不佳。
（ 2 ） 尝试使用射频导纳、 低频雷达（ 锥形天线） 等液位计， 但其测量波动大， 均未能满足工艺控制要求，存在溢槽腐蚀设备且浪费大量的粗品碳酸锂。
（ 3 ） 洗涤槽为夹套蒸汽加热结构， 槽内及蒸汽管道安装了温度变送器和电控阀门， 依托 D C S 的 P ID 调节实现槽内恒温， 利用液位测量值控制电控门的全开
（ 全关） 状态。 由于受液位测量误差的影响， 无料时未关闭蒸汽电控阀门， 导致槽内壁粗品碳酸锂结块严重， 结块的碳酸锂堵塞管道、 磨损泵叶轮， 影响生产。
（ 4 ） 洗涤槽中洗涤水（ R O 水） 加入量的多少由液位值确定。 洗涤槽液位误差大， 导致产品的品质不稳定。

2 一期复杂工况（如洗涤槽）液位计的选型尝试过程

一期使用射频导纳及雷达（ 锥形天线） 液位计来测量洗涤槽的液位， 测量值误差大， 无法满足工艺控制要求。 安装导波管的物料孔结晶严重， 也未获得好的测量效果。 因此， 二期工程试运行期间和三畅仪表工程师沟通， 特殊定制了一款低频雷达（ 1 5 0 m m 弹片喇叭， 带水冲洗口） 液位计， 安装调试试运行 3 个月，液位测量值稳定， 完全满足工艺控制要求。 特殊定制
三畅的SCLD D 5 3 雷达液位计解决了如下问题。
（ 1 ） 雷达液位计天线“ 挂料” 问题。 由于碳酸锂浆液粘性大， 对强搅拌槽内安装的液位计的天线易造成结晶， 结晶物不宜清洗， 操作不当还会造成液位计的天线损坏。 为了解决此问题， 在雷达液位计制造时配置清洗结晶物的水冲洗孔， 定时用热水冲洗天线的结晶物。
（ 2 ） 极为复杂工况测量的液位值波动及误差的问题。 因洗涤槽搅拌、 检修爬梯、 进水管为固定障碍物，利用仪表特有的“ 虚假回波学习” 功能消除固定障碍物产生的虚假回波对实际测量值的影响， 从而减小测量误差及液位值波动。
（ 3 ） 高温高浓度水蒸气工况下液位的测量问题。 洗涤槽温度为 9 0 ℃ 且水蒸气浓度较高， 选用低频脉冲雷达（ 1 5 0 m m 喇叭， 波束角 20 ° ， 波长长 5 0 m m ） ， 对蒸汽泡沫具有很好的穿透及抗干扰能力。
（4 ） 天线结露问题。 由于水蒸气浓度较高会在天线上聚结屏蔽发射波， 严重影响液位测量， 该雷达液位计采用防结露天线， 解决了液位的测量问题。

3 复杂工况（如洗涤槽）的雷达液位计安装及调校注意事项
（ 1 ） 洗涤槽（ φ = 3 0 0 0 m m ） 搅拌双层桨叶搅拌， 压滤机成型的碳酸锂滤饼从槽中间下料， 人孔下方为检修爬梯， 离人孔 3 0 0 m m 位置为注水口， 槽内工况极为复杂。 安装液位计时应避开以上障碍物， 以免影响液位测量。 在不能避开的情况下， 安装时须进行 " 虚假回波存储 " 。
（ 2 ） 为了便于安装和使尽可能少的物料与发射天线接触， 仪表的接管长度为 2 6 0 m m ， 安装时可提高1 0 0 m m ， zui 高 料 位 应 避 免 进 入 测 量 盲 区 （ 盲 区5 0 0 m m ） 。
（ 3 ） 仪表与罐壁必须保持一定的距离 （ 不低于3 0 0 m m ） ， 避开进料口， 仪表的安装尽可能使天线的发射方向与被测介质表面垂直， 仪表外壳必须接地。
（ 4 ） 雷达液位计冲洗口安装电动球阀定期对发射天线尚未粘结的物料进行定期冲洗， 避免雷达波不被屏蔽， 但清洗时会影响液位计的测量值， 因此需在工艺容许范围内进行此操作。
（ 5 ） 当洗涤槽液位在 1 0 0 0 m m 左右时， 将压滤机的粗品碳酸锂滤饼卸至洗涤槽内， 此时有大量的水被溅起， 干扰雷达波， 影响瞬间的液位值， 应调大“ 阻尼时间” 避免液位测量值的跳变。

4 安装调试后运行情况
卤水电池级碳酸锂制取洗涤槽有 3 台， 安装调试后仪表的测量状态稳定， 测量误差在 1 0 m m 以内， 完全能满足工艺控制测量的要求。 洗涤槽一期液位测量数据和二期改造后液位测量数据的对比如表 1 所示。

洗涤槽液位测量的准确度和稳定性是整个工艺控制的核心， 也是该工序能否实现自动控制的基础，液位测量问题的解决使洗涤工序实现了自动控制。 其控制流程图如图 1 所示。

5 结语
目前， 该公司已形成独有的控制方法， 在盐化工卤水电池级碳酸锂生产中， 对于极为复杂工况仪表选型等方面积累大量经验， 如洗涤工序。 该公司花费了大量的资金和时间， 和三畅公司仪表工程师积极沟通特殊定制的 G D R D 5 3 脉冲雷达液位计解决了液位测量问题。