幾種柜位計(jì)在工程中的具體應(yīng)用

潘亞男

【摘要】鋼廠的煤氣柜用于穩(wěn)定企業(yè)煤氣管網(wǎng)壓力。煤氣柜活塞的位置常常與進(jìn)出口管道的閥門聯(lián)鎖，因此柜位的檢測(cè)關(guān)系著煤氣柜是否能穩(wěn)定安全運(yùn)行。本文針對(duì)幾種不同形式的柜位計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的性能介紹及對(duì)比。

【關(guān)鍵詞】煤氣柜 活塞高度測(cè)量 雷達(dá) 激光 光纖

中圖分類號(hào)：TH134文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1引言

煤氣柜是一種用來儲(chǔ)存低壓煤氣的輔助設(shè)施。鋼鐵企業(yè)普遍設(shè)有煤氣柜，可以有效的穩(wěn)定煤氣管網(wǎng)壓力：當(dāng)管網(wǎng)壓力高于煤氣柜的設(shè)計(jì)壓力，煤氣就進(jìn)入煤氣柜儲(chǔ)存；當(dāng)管網(wǎng)壓力降低時(shí)，煤氣柜中的煤氣補(bǔ)入管網(wǎng)。在煤氣柜的運(yùn)行過程中，控制室通過設(shè)在煤氣柜上的柜位計(jì)對(duì)煤氣柜的柜位進(jìn)行監(jiān)視，并通過煤氣進(jìn)出口管道上的閥門遙控氣柜的運(yùn)行，所以說準(zhǔn)確的測(cè)量其柜位對(duì)穩(wěn)定管網(wǎng)壓力，保證正常生產(chǎn)和正確控制煤氣放散都至關(guān)重要。

目前，市場(chǎng)上主要有接觸式和非接觸式兩大類柜位計(jì)。

2雷達(dá)柜位計(jì)

雷達(dá)柜位計(jì)是非接觸式柜位計(jì)的一種，“發(fā)射-反射-接收”是雷達(dá)柜位計(jì)工作的基本原理（見圖一）。雷達(dá)測(cè)量技術(shù)可以測(cè)量從發(fā)射信號(hào)到返回信號(hào)的時(shí)間差，從而測(cè)量距離和物位。雷達(dá)測(cè)量技術(shù)分為脈沖雷達(dá)和FMCW雷達(dá)。

脈沖雷達(dá)以固定頻率從天線發(fā)射微波，該頻率反映了兩種不同介電常數(shù)材料之間的界面（正在監(jiān)控的大氣和介質(zhì)），回波通過一個(gè)接收器檢測(cè)，傳輸時(shí)間用于計(jì)算物位。FMCW（線性連續(xù)調(diào)頻波）測(cè)距雷達(dá)的原理是：雷達(dá)天線發(fā)射信號(hào)到介質(zhì)表面，并連續(xù)調(diào)頻，同時(shí)接收器連續(xù)接收，發(fā)射器和接收器之間的頻差與到物體的距離成正比。

圖一

3激光柜位計(jì)

激光柜位計(jì)是也屬于非接觸式柜位計(jì)，它利用激光傳感技術(shù)，采用時(shí)域測(cè)量原理，對(duì)煤氣柜活塞位置進(jìn)行無接觸測(cè)量。激光柜位計(jì)通過將光速乘以激光脈沖從儀表傳輸?shù)侥繕?biāo)物體并返回所用的時(shí)間，電子微處理器進(jìn)行距離計(jì)算。

激光測(cè)距的基本公式為：

S——天線與物體之間的距離

C——大氣中的光速

t——光波往返所需要的時(shí)間

根據(jù)測(cè)量時(shí)間方法的不同，激光測(cè)距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測(cè)量形式。在脈沖式激光測(cè)距中，需要測(cè)量的只是發(fā)射與接收激光的時(shí)間間隔、受環(huán)境因素影響的大氣折射率、環(huán)境參數(shù)及激光傳播速度。相位法激光測(cè)距技術(shù)，是采用無線電波段頻率的激光，進(jìn)行幅度調(diào)制并將正弦調(diào)制光往返測(cè)距儀與目標(biāo)物間距離所產(chǎn)生的相位差測(cè)定，根據(jù)調(diào)制光的波長和頻率，換算出激光飛行時(shí)間，再依次計(jì)算出待測(cè)距離。

4光纖式柜位計(jì)

光纖式柜位計(jì)利用力學(xué)自平衡原理實(shí)現(xiàn)柜位的檢測(cè)。柜位計(jì)由測(cè)量單元（包括柜內(nèi)配重、計(jì)量鋼絲繩、重錘、主動(dòng)輪、過渡輪等）、光碼變送器、光纜等部分組成（見圖二）。當(dāng)被測(cè)煤氣柜界面發(fā)生變化時(shí)，柜內(nèi)配重隨活塞升降產(chǎn)生位移，通過計(jì)量鋼絲繩、主動(dòng)輪、過渡輪將該直線位移轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲偻ㄟ^磁耦合，使光碼變送器內(nèi)的光碼盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出兩組光脈沖，經(jīng)光纜傳送到位于控制室的二次儀表，然后以4～20mA的形式輸出，對(duì)柜位進(jìn)行直接顯示，并實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警功能。

圖二

5幾種柜位計(jì)的比較

（1）光纖式柜位計(jì)采用光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，因此傳輸時(shí)不受電磁信號(hào)干擾及雷擊等因素的影響。雷達(dá)/激光柜位計(jì)則要在現(xiàn)場(chǎng)加裝屏蔽或防浪涌措施，以防信號(hào)收到干擾。

（2）光纖式柜位計(jì)安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所，二次表安裝在安全場(chǎng)合的操作室，柜位計(jì)與二次表之間通過光纜連接，完全做到柜區(qū)無電檢測(cè)，本質(zhì)安全防爆。雷達(dá)/激光柜位計(jì)輸出4～20mA電流信號(hào)，除了現(xiàn)場(chǎng)一次檢測(cè)儀表要選擇隔爆或本質(zhì)安全型的，其次還要在現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間加上安全柵，進(jìn)行信號(hào)隔離。如圖三所示：

圖三

（3）雷達(dá)/激光柜位計(jì)，它們采用的是一體式的結(jié)構(gòu)，即天線與變送器組裝在一起，安裝便捷，檢修起來也方便。而光纖式柜位計(jì)有很多機(jī)械傳動(dòng)部件（如配重、重錘、滑輪等），故障率就會(huì)增加，安裝也復(fù)雜些

6結(jié)語

隨著科技的日新月異，煤氣柜活塞位置的測(cè)量裝置在推陳出新。每一種的測(cè)量方式都有其優(yōu)缺點(diǎn)：雷達(dá)波本身頻率高，穿透性能好；激光采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的發(fā)射，用于直接瞄準(zhǔn)定位，且無散射，無錯(cuò)誤回波；光纖式柜位計(jì)能完全做到無電傳輸。設(shè)計(jì)者應(yīng)該從具體的工況、維護(hù)量、以及產(chǎn)品的性價(jià)比等角度，去找到最佳的測(cè)量解決方式，從而使煤氣柜的運(yùn)行過程更加穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

1、杜維，張宏建，樂嘉華 過程檢測(cè)技術(shù)及儀表 化學(xué)工業(yè)出版社 1998.11

2、中國冶金建設(shè)協(xié)會(huì) 鋼鐵企業(yè)過程檢測(cè)和控制自動(dòng)化設(shè)計(jì)手冊(cè) 冶金工業(yè)出版社 2000.7