雷达液位计在湿法冶炼工程中的使用概况与存在问题以及改进方案

【摘要】随着现代化工业的不断发展，液位检测与控制已广泛运用于各个领域。本文介绍了雷达液位计在湿法冶炼工程中的使用情况，同时分析了现场应用中存在的问题，并提出改进方案。

【概述】
    衢州华友钴新材料有限公司年产10000t(钴金属量) 新材料项目（以下简称“衢州华友项目”）中，是国内首家采用氧压浸出工艺炼钴，自动化程度较高，经过一年的试生产，工艺和设备的不断完善，目前产量已基本达到设计的产量。在湿法冶炼中，为了降低操作工的劳动强度，所有需要液位监视的储槽都安装了物位计，而雷达液位计由于采用了非接触式的测量原理，具有高度的可靠性和稳定性，而且操作简单、维护方便，在衢州华友项目中得到了广泛的应用。

1.雷达液位计的测量原理
    雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，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———雷达液位计到液液面的距离 m
C———光速 C=300000km/s
T———电磁波运行时间 s
因空槽距离E 已知，故实际物位的距离L 为：L=E-d，式中，E 的基准点是过程连接的底部。

    雷达液位计记录脉冲波经历的时间， 而电磁波的传输速度为常数，则可算出液面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。在实际运用中，雷达液位计有两种方式即调频连续波式和脉冲波式。采用调频连续波技术的液位计，功耗大，须采用四线制，电子电路复杂。而采用雷达脉冲波技术的液位计，功耗低，可用二线制的24V DC 供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。

2.现场存在的问题及原因分析
     影响雷达液位计测量的因素有很多，本文仅就在华友项目实施过程中遇到的问题进行分类归纳：
2.1 安装短管内的回波干扰

     图2为实际液位处3.9 米时，安装在混料槽（高度4m）上的雷达液位计的回波包络线图。横坐标为距离/时间；纵坐标为回波强度；回波包络线(红色）: 某一时间仪表所“看到”的罐内的情况；FAC（蓝色）:评估或者参考曲线，作为一个参考点用于评估回波信号质量，并不用已抑制虚假回波；Map（黑色）:容差阈值，用以屏蔽静态干扰信号，例如储罐内部，回波必须超过该阈值才被认为是有效的物位信号。图中由于实际液位距离安装短管较近（高液位），雷达液位计的回波强度受到安装短管的影响减弱（红色曲线），因此被FAC（蓝色曲线）抑制，导致雷达液位计无法识别3.9m 处雷达回波为真实液位（错误认定该回波为干扰），从而错误识别1.31m 处的回波为测量液位，导致液位计异常波动（高液位时这种情况尤其明显）。

    在华友项目中，由于此种情况造成的液位异常波动还是比较普遍的，尤其是40mm 天线雷达液位计，由于发射角较大，电磁波直接被安装短管反射影响回波质量。在投产初期，由于工艺生产还不稳定，液位经常处于高液位（一般实际液位距离雷达液位计100mm-300mm），雷达液位计就会发生误判造成测量值异常波动。

【解决方案】：
A、一般可以采用在安装时尽量降低雷达液位计的安装短管，可以大大改善异常波动情况的出现。

B、为了防止液位在高液位控制过程中由于不能及时控制而发生溢流现象，且尽量能够保证足够的容量适当降低100%量程，加大盲区设置（减小满标的设置值），使工艺人员有意识的将液位控制在可测范围内；对于高度较小的储槽，由于加大盲区的设置，会大大降低储槽的利用率，也可以通过加大安装短管直径和高度方法解决。

3.2 距离罐壁过近

图3 为安装在浓硫酸槽（高度1.2m）上的雷达液位计的回波包络线图。由于液位计距离罐壁太近而且储槽本身较小，导致液位计报警：E641 失波。

解决方案：更改安装位置。

3.3 雷达液位计距离进料口过近

图4 为盐酸配置槽正在加稀释水且液位达到2.7m（量程3m）时回波包络线图。此时，测量值跳动明显。分析原因：雷达液位计无明显回波信号，且回波信号波动较大。该液位计在中低液位计加料时， 测量值准确、稳定，但高液位加稀释水时，加料口距离雷达液位计距离过近，飞溅起的水花对回波产生了较大的干扰， 从而影响了测量。

3.4 黏附+冷凝对测量的影响

图5 为钴矿浆化槽液位达到2.3m（量程3m）时回波包络线图。该液位计在投产初期一直正常使用，但经过1 个月后，液位发生异常波动的情况越来越频繁，分析回波曲线后，发现在较低的液位（2.3m）时，回波强度也比较弱（30dB）。拆下液位计检查后发现液位计表面附着了一层黑色的矿浆，导致液位计无法正常工作。

   再检查现场实际安装情况，发现该液位计附近的下料口在加料时容易将溅起的矿浆附着在液位计上，随着附着矿浆厚度的增加，液位计波动的情况也会更加频繁。
【解决方案】：使液位计尽量远离下料口，如果储槽顶部空间有限，只能尽量控制液位高度，减少飞溅。

3.5 现场应用总结
为了保证雷达液位计无故障长周期运行， 液位计安装是重要一环，在安装中还要注意以下几个方面：
（1）雷达液位计天线的轴线应与液位的反射表面垂直。
（2）接管直径应小于或等于屏蔽管长度（100mm）。
（3）安装位置距槽壁距离应尽量大于50cm，以免将槽壁上的虚假信号误做回波信号。
（4）尽量避开下料区、搅拌器等干扰源，使波束范围内无固定物，提高信号的可信度。

    雷达液位计主要由电子元件和天线构成，无可动部件，在使用中的故障极少。使用中偶尔遇到的问题是，贮槽中有些易挥发或者附着矿浆和有机物会在雷达液位计的喇叭口或天线上结晶，对它们只要定期检查和清理即可，维护量较少。一般情况下，可以通过软件检查物位计是否有接受到回波， 按下E→ENVELOPE CURVE→ENV.CURVE+CUST.MAP→CYCLIC, 此时得到回波包络线图。如果信号质量（35DB以上）可以，说明物位计探头没有脏或者堵上；如果回波为0DB，说明探头接收不到信号，需要将物位计法兰螺栓拆掉，把探头清晰干净再安装好继续重复本次操作。

4.结束语
雷达液位计是一种高可靠的非接触式液位测量仪表，具有以下特点：
（1）容易安装、无移动部件、维护量较小。
（2）精度高、可靠性zui高。
（3）超高灵敏度与独特信号处理特点可处理困难的工艺过程条件。
（4）高度灵活性，不同安装位置和工艺条件的液位测量，具有较大的可互换性。
    在实际运用中，仪表本体的故障率极低，多数故障都是由于现场使用环境恶劣造成的。所以，通过改良雷达液位计的安装可以很大程度降低雷达液位计故障频次高的问题。