非接触雷达液位计在磨煤机给水液位测量中的应用及维护

摘　要：雷达液位计作为非接触式物位测量仪表，具有连续测量精度高，测量范围广，几乎不受被测介质温度、压力、蒸汽、粉尘及腐蚀有毒恶劣工况的限制，安装方便，维护操作简单，故障率低等特点。这使其成为许多特殊场合物位测量的首选仪表。

    中煤陕西榆林能源化工有限公司气化装置研磨水槽由低压灰水、真空过滤机滤液、研磨水池渣水、MTO 净化水、酸性凝液、低压冷凝液作为工艺补水，用新鲜水来调节研磨水槽的液位。研磨水槽内液体经研磨水槽搅拌器搅拌均匀，再经研磨水泵加压，作为磨煤机给水。由于介质较脏，易沉淀，罐体小且有搅拌器，单法兰、静压、导波雷达、浮球等液位计在此工况下无法使用，只能采用非接触式测量仪表，因此该罐采用了三畅非接触智能雷达液位计，但装置开工后液位计经常性指示不准，几乎每天都要处理1-2 次，给生产装置运行造成很大影响，为了解决雷达液位计故障频率高的问题，通过理论和现场试验的方法，分析故障产生的原因，并提出相应的对策。

   雷达液位计是一种应用于固体和液体物位测量的范围广范的FMCW 雷达物位计，天线发射的微波到被测介质表面，微波频率被连续调制，接收器记录被测介质表面的反射信息，当发射信号在接收信号时，已经改变了它的发射频率，由相关联的信号得到一个频率差，该频率差和表面反射距离成正比。信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理，得到混合信号频谱，再由软件，计算出天线到介质表面的距离，通过设定的罐体参数，即可算得实际的物位。

1.2　产品特点
　　（1）参数设定方便，用HART 通讯器或pc 加软件都可进行组态，便于维护。
　　（2）雷达物位计采用了高达24GHz 的发射频率，天线尺寸小，便于安装。
　　（3）雷达液位计采用四线制设计，保证了仪表有足够的发射功率。
　　（4）波长更短，对在倾斜的固体表面 有更好的反射。
　　（5）波束角小，能量集中，增强了回波能力的同时，又有利于避开干扰物。
　　（6）几乎不受大气中水蒸汽、温度和压力变化影响。

2　故障判断处理
2.1　液位计指示不准
　　现象：故障表现为测量值与实际液位变化趋势一致，但是数值存在固定误差。
　　原因：仪表指示跟随测量变化，可以说明仪表工作正常，其测量偏差固定，可以断定为雷达液位计参数设定不当所造成。
　　对策：在标定参数前，明白仪表的管口高度、容器高度、量程上下限参数的测量方法，并进行实地测量，以取得zui真实的数据。输入参数时，还应注意仪表选用的长度单位。

2.2　液位计指示不变
　　现象：故障表现为测量值与现场实际液位明显不符，且维持不变。
    原因：由于研磨水槽内工况负责，时常存在高温水汽，虽然蒸汽对雷达测量几乎没有干扰，但是这些水汽在天线头冷凝成大量密布的水珠，造成错误的雷达回波，从而导致仪表输出保持不变；使用中也曾遇到发射天线清理后，指示仍然保持满量程，通过对雷达液位计解体检查，发现雷达内部发射头存在水珠，主要原因是雷达天线与法兰之间的密封不好，存在间隙，从而造成了水汽进入雷达发射头并冷凝，形成水珠，反射了雷达波，因而影响了测量。雷达液位计失波也是造成指示不变的原因，由于研磨水槽罐顶中间位置安装有搅拌器，运行时管内液面剧烈起伏变化，使得雷达波扩散或被吸收，因而回波甚微甚至没有。

　　对策：雷达天线凝结水汽时，需要将仪表拆卸，对天线擦拭干净，恢复安装后可以恢复正常，也可以在现场对液位计增加反吹风措施，防止水汽的集结。针对密封不好的问题，拆卸雷达喇叭口，在天线和法兰连接处涂抹密封脂或在天线上缠绕四氟带，再用雷达喇叭口压紧固定，该问题即可到解决。在测量介质的反射回波丢失或者较弱时，我们可在这里通过设置表面结构（Surface）选项来改善测量结果，如果测量介质波浪形状高度超过1cm，应选择波纹设置，紊乱设置建议在波浪高度超过10cm 时使用。通过设定液位计参数中的液面类型，由波纹改为紊乱后，回波有很大改观，信噪比恢复到40 左右。

2.3　液位计指示波动
　　现象：故障表现为测量值存在剧烈的起伏变化，没有特定的规律，完全不追随实际液位变化。

　　原因：安装在研磨水槽罐顶的搅拌器，运行时，液面波动大，偶尔还会引起介质飞溅。另一方面工艺水和新鲜水补水管线出口正对搅拌器转轴，虽然下料口没有正对雷达液位计测量口，但当调节阀开大时，流体碰到搅拌器转轴后向四周飞溅，在雷达液位计下方形成假液面，假液面高度也随阀门开度变化而变化，故使用时经常出现液位波动情况。

　　对策：首先，在保证工艺安全的情况下，适当增加液位计输出阻尼和传感器采样阻尼，减少虚假回波造成的液位指示数值的波动。
          其次，修改液位计盲区（Dead band）选项，这个盲区定义了一个从障碍物到液位计法兰的距离，该抑制的干扰由管口、密闭容器内的障碍物及天线等产生，以使仪表获得有效测量值。虽然修改盲区可以避开下料口形成的假液面，但是还应注意当实际液位高于盲区所定义的液位高度时，正确的回波被否定，液位计把耗时更长的回波作为测量值，造成液位指示偏低。使用这些方法后，雷达液位计的处理频次明显降低，但是造成影响液位计测量的工况原因仍然存在，zui终与工艺人员沟通，对雷达液位计进行移位实验，暂时选取避开假液面的人孔位置安装, 实验取得了很好的结果，液位计工作稳定可靠，为进一步的技术改进奠定了基础。

3　结束语
　　通过以上现场经验的总结，处理雷达液位计故障时，首先应从液位计的安装、现场工况等根源处着手，再在使用中采取相应的消除干扰措施，这样才能zui大限度地降低仪表的故障机率，真正体现其连续可靠、高精度的优点。