物料液位是工业生产中的一个重要参数，测量液位的方法有很多［１］，针对不同的工况和介质可以使用不同测量原理的液位计［２］。吹气法、差压式、浮球式、电容法、超声波等常用的液位测量仪表都有各自的特点和应用范围。导波雷达液位计（Ｇｕｉｄｅｄ　Ｗａｖｅ　Ｒａｄａｒ，ＧＷＲ）由于具有xianjin的雷达测量技术，测量时不受介质、温度、惰性气体、蒸汽、粉尘及泡沫等影响，测量长度可灵活变更，测量结果精度较高，故在液位测量中发挥着越来越重要的作用。

 

１　导波雷达液位计的测量原理

ＧＷＲ是依据时域反射原理为基础的雷达液位计。雷达液位计的电磁脉冲波以光速沿着波导体（探头）向下传送，当遇到被测介质表面时，部分脉冲被反射形成回波并沿相反路径返回到脉冲发射装置，用超高速计时电路（电子表头）精确地测量出脉冲波的传导时间，而发射装置与被测介质表面的距离同传导时间成正比，经计算就可得到液位高度［３－４］。

 

脉冲发射装置发射的电磁波信号到达介质表面并返回时，信号会衰减。此时，信号强度与介质的介电常数成正比［５］，介电常数越大，反射信号越强；反之，反射信号越弱。目前，Ｍａｇｎｅｔｒｏｌ公司的ＧＷＲ可用于测量zui低介电常数为１．４的介质液位。另外，高导电性介质（如水）产生较强的反射脉冲；而低导电性介质（如烃类）产生较弱的反射脉冲，低导电性介质使得某些电磁波能沿探头（波导体）穿过液面向下传播，直至完全消散或被一种较高导电性的介质反射回来。根据这一特点，可采用ＧＷＲ测量两种液体的界面（如油／水界面），条件是界面下的液体介电常数应远大于界面上液体的介电常数。

 

２　导波雷达液位计的组成

ＧＷＲ主要包括液位计电子表头、过程连接和探头３个部分，如图１所示。其中，过程连接包括法兰连接及螺纹连接２种，图１所示为法兰连接。ＧＷＲ适用于测量绝大部分过程容器和储罐、连接容器和旁路容器的液位，测量的温度和压力限制在探头的额定温度和压力范围内。Ｍａｇｎｅｔｒｏｌ公司的ＧＷＲ适用的介质温度可达４００℃，其压力可高达３４．４５Ｐａ（５　０００ｐｓｉｇ）。另外，如果工艺过程温度过高，还可将ＧＷＲ装在容器的旁路管中，这样能起到一定的降温作用。

３　ＧＷＲ探头与旁路管

３．１　探　头

在实际应用中，ＧＷＲ探头的选择十分重要。探头主要有同轴式、双杆式（硬缆或软缆）和单杆式（硬缆或软缆）３种［６－７］，如图２所示。

同轴式探头是所有探头配置中zui有效的，且在所有应用场合中应首先考虑使用，但是该种探头的长度应控制在５ｍ内，否则不便于运输和安装（一般情况下，若测量范围超过３ｍ，则建议使用软缆式的探头）。若流体有较大的波动，建议使用同轴式探头和硬杆式探头，因为它们具有一定的抗震性；若波动或测量范围太大则必须用软缆式探头，以便在探头外另加保护套管。值得注意的是，为保证信号传输过程中不受障碍物的干扰，除同轴式探头外，其他类型的探头都有一定的空间要求。由于探头有一定死区，死区的大小与测量介质的介电常数成反比。如果测量介质的介电常数越大，测量时的死区越小；反之，死区越大。对于不同厂家的产品，死区的大小都有差别，Ｍａｇｎｅｔｒｏｌ公司探头的死区范围为２５～１５０ｍｍ。在确定探头长度时需要将死区的大小考虑在内，应确保探头能插入到zui低液面下的一定距离。Ｍａｇｎｅｔｒｏｌ公司的ＧＷＲ在测量zui低液位时，要求选择的探头长度应确保探头能插入到液面下２５～１５０ｍｍ。

 

３．２　ＧＷＲ旁路管

在测量液位时，ＧＷＲ可以直接插入设备中，或装在旁路管里。旁路管由管道部门或ＧＷＲ供货商提供。旁路管与探头的连接方式应根据所用探头的连接方式而定，可以是法兰连接，也可以是螺纹连接。

如图３所示为ＧＷＲ旁路管。旁路管应遵照项目的管道设计规范进行设计。对于腐蚀性较高的介质还应考虑一定的腐蚀余量，如应符合美国腐蚀工程师协会（ＮＡＣＥ）的标准等。旁路管与设备连接时，其法兰连接管口应完全垂直于旁路管，其中心线与设备管口的中心线应在同一水平面上，必要时可使用夹具装置（ＪｉｇＳｅｔ）校正。应根据探头的长度来确定旁路管的长度，如果旁路管过长，还应在测量范围的中心位置使用机械支撑，对旁路管起到支撑作用。旁路管的制作应根据项目的要求确定，图４所示为某项目所用的机械支撑。

４　ＧＷＲ在液位测量中的应用

４．１　ＧＷＲ的合理安装

合理选择安装位置对ＧＷＲ十分重要，将影响到测量的效果，故在安装时应注意：

（１）探头的轴线应与液位的反射表面垂直。

（２）必须保证在信号波的范围内不能有干扰物反射干扰波，探头应与可能产生干扰的加料入口位置、罐壁或旁路管等保持一定的距离，以免产生虚假反射。

（３）应避免安装在有很强涡流的地方。如由于搅拌或很强的化学反应等产生的涡流，此时可采用旁路管测量，以减少因液位波动造成的影响。

 

４．２　案例分析

案例１　ＧＷＲ直接插入设备中，内有有毒气体或挥发性气体。设备的设计压力为３．５２ｋｇ／ｃｍ２，设计温度是２６０℃。设备管口直径为５．０８ｃｍ（２英寸），长２００ｍｍ，工艺测量范围为４００～１　８５０ｍｍ，选择法兰连接方式。为防止气体泄漏，在设备管口与ＧＷＲ之间加装有一个手动的全通球阀（隔离阀），如图５所示。正常工作时，球阀全开，当探头需要被拔除时，可关闭此阀，起到隔离设备内毒气的作用。考虑到设备中有一个泵往外抽取介质，设备会有一定的震动，且硬杆式探头对管口大小有一定的要求，故选用了同轴式探头。

选择探头长度时，包括了测量范围１４５０ｍｍ，探头死区１５０ｍｍ，设备管口的长度２００ｍｍ和隔离阀的端面尺寸１７８ｍｍ，故探头的长度＝１　４５０＋１５０＋２００＋１７８＝１　９７８（ｍｍ）。案例２　ＧＷＲ安装在旁路管中，用于测量设备中液位和界面。被测设备的上方为碳氢化合物，介电常数为２，测量范围４００～１　４５０ｍｍ；下方为碳氢化合物与酸水的混合物，酸水的介电常数为３４．５，界面的测量范围３００～６００ｍｍ。旁路管的尺寸选择５．０８ｃｍ（２英寸），探头类型同样选择同轴式的。如图６所示。

５　结　语

导波雷达液位计测量不受设备形状的影响，也不受介电常数、温度、压力与密度等条件变化的影响，测量长度无须标定，测量结果具有高精度、可重复性、高分辩率，有多种探头类型和材质可供选择，数字化显示可供选择，且维护量少，可很好地用于石油化工设备中烃类及其他介质液位的测量。随着其价格的进一步降低、性价比的提高，ＧＷＲ的应用将会越来越广泛。

 

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