西門子雷達(dá)液位計(jì)應(yīng)用及維護(hù)

摘 要：雷達(dá)液位計(jì)作為非接觸式物位測量儀表，具有連續(xù)測量精度高，測量范圍廣，幾乎不受被測介質(zhì)溫度、壓力、蒸汽、粉塵及腐蝕有毒惡劣工況的限制，安裝方便，維護(hù)操作簡單，故障率低等特點(diǎn)。這使其成為許多特殊場合物位測量的首選儀表。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)液位計(jì)；LR400；參數(shù)設(shè)定；故障處理；

0 引言

中煤陜西榆林能源化工有限公司氣化裝置研磨水槽由低壓灰水、真空過濾機(jī)濾液、研磨水池渣水、MTO凈化水、酸性凝液、低壓冷凝液作為工藝補(bǔ)水，用新鮮水來調(diào)節(jié)研磨水槽的液位。研磨水槽內(nèi)液體經(jīng)研磨水槽攪拌器攪拌均勻，再經(jīng)研磨水泵加壓，作為磨煤機(jī)給水。由于介質(zhì)較臟，易沉淀，罐體小且有攪拌器，單法蘭、靜壓、導(dǎo)波雷達(dá)、浮球等液位計(jì)在此工況下無法使用，只能采用非接觸式測量儀表，因此該罐采用了西門子公司SITRANS LR400雷達(dá)液位計(jì)，但裝置開工后液位計(jì)經(jīng)常性指示不準(zhǔn)，幾乎每天都要處理1-2次，給生產(chǎn)裝置運(yùn)行造成很大影響，為了解決雷達(dá)液位計(jì)故障頻率高的問題，通過理論和現(xiàn)場試驗(yàn)的方法，分析故障產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的對策。

1 西門子雷達(dá)液位計(jì)SITRANS LR400介紹

1.1 工作原理

SITRANS LR400是一種應(yīng)用于固體和液體物位測量的范圍廣范的FMCW雷達(dá)物位儀表，天線發(fā)射的微波到被測介質(zhì)表面，微波頻率被連續(xù)調(diào)制，接收器記錄被測介質(zhì)表面的反射信息，當(dāng)發(fā)射信號在接收信號時(shí)，已經(jīng)改變了它的發(fā)射頻率，由相關(guān)聯(lián)的信號得到一個(gè)頻率差，該頻率差和表面反射距離成正比。信號處理部分將發(fā)射信號和回波信號進(jìn)行混合處理，得到混合信號頻譜，再由軟件，計(jì)算出天線到介質(zhì)表面的距離，通過設(shè)定的罐體參數(shù)，即可算得實(shí)際的物位。

1.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）參數(shù)設(shè)定方便，用HART通訊器或pc加軟件都可進(jìn)行組態(tài)，便于維護(hù)。

（2）雷達(dá)物位計(jì)采用了高達(dá)24GHz的發(fā)射頻率，天線尺寸小，便于安裝。

（3）雷達(dá)液位計(jì)采用四線制設(shè)計(jì)，保證了儀表有足夠的發(fā)射功率。

（4）波長更短，對在傾斜的固體表面 有更好的反射。

（5）波束角小，能量集中，增強(qiáng)了回波能力的同時(shí)，又有利于避開干擾物。

（6）幾乎不受大氣中水蒸汽、溫度和壓力變化影響。

（7）高信噪比，即使在波動(dòng)的情況下也能獲得更優(yōu)的性能。

2 故障判斷處理

2.1 液位計(jì)指示不準(zhǔn)

現(xiàn)象：故障表現(xiàn)為測量值與實(shí)際液位變化趨勢一致，但是數(shù)值存在固定誤差。

原因：儀表指示跟隨測量變化，可以說明儀表工作正常，其測量偏差固定，可以斷定為雷達(dá)液位計(jì)參數(shù)設(shè)定不當(dāng)所造成。

對策：在標(biāo)定參數(shù)前，明白儀表的管口高度、容器高度、量程上下限參數(shù)的測量方法，并進(jìn)行實(shí)地測量，以取得最真實(shí)的數(shù)據(jù)。輸入?yún)?shù)時(shí)，還應(yīng)注意儀表選用的長度單位。

2.2 液位計(jì)指示不變

現(xiàn)象：故障表現(xiàn)為測量值與現(xiàn)場實(shí)際液位明顯不符，且維持不變。

原因：由于研磨水槽內(nèi)工況負(fù)責(zé)，時(shí)常存在高溫水汽，雖然蒸汽對雷達(dá)測量幾乎沒有干擾，但是這些水汽在天線頭冷凝成大量密布的水珠，造成錯(cuò)誤的雷達(dá)回波，從而導(dǎo)致儀表輸出保持不變；使用中也曾遇到發(fā)射天線清理后，指示仍然保持滿量程，通過對雷達(dá)液位計(jì)解體檢查，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)內(nèi)部發(fā)射頭存在水珠，主要原因是雷達(dá)天線與法蘭之間的密封不好，存在間隙，從而造成了水汽進(jìn)入雷達(dá)發(fā)射頭并冷凝，形成水珠，反射了雷達(dá)波，因而影響了測量。雷達(dá)液位計(jì)失波也是造成指示不變的原因，由于研磨水槽罐頂中間位置安裝有攪拌器，運(yùn)行時(shí)管內(nèi)液面劇烈起伏變化，使得雷達(dá)波擴(kuò)散或被吸收，因而回波甚微甚至沒有。

對策：雷達(dá)天線凝結(jié)水汽時(shí)，需要將儀表拆卸，對天線擦拭干凈，恢復(fù)安裝后可以恢復(fù)正常，也可以在現(xiàn)場對液位計(jì)增加反吹風(fēng)措施，防止水汽的集結(jié)。針對密封不好的問題，拆卸雷達(dá)喇叭口，在天線和法蘭連接處涂抹密封脂或在天線上纏繞四氟帶，再用雷達(dá)喇叭口壓緊固定，該問題即可到解決。在測量介質(zhì)的反射回波丟失或者較弱時(shí)，我們可在這里通過設(shè)置表面結(jié)構(gòu)（Surface）選項(xiàng)來改善測量結(jié)果，如果測量介質(zhì)波浪形狀高度超過1cm，應(yīng)選擇波紋設(shè)置，紊亂設(shè)置建議在波浪高度超過10cm時(shí)使用。通過設(shè)定液位計(jì)參數(shù)中的液面類型，由波紋改為紊亂后，回波有很大改觀，信噪比恢復(fù)到40左右。

2.3 液位計(jì)指示波動(dòng)

現(xiàn)象：故障表現(xiàn)為測量值存在劇烈的起伏變化，沒有特定的規(guī)律，完全不追隨實(shí)際液位變化。

原因：安裝在研磨水槽罐頂?shù)臄嚢杵?，運(yùn)行時(shí)，液面波動(dòng)大，偶爾還會(huì)引起介質(zhì)飛濺。另一方面工藝水和新鮮水補(bǔ)水管線出口正對攪拌器轉(zhuǎn)軸，雖然下料口沒有正對雷達(dá)液位計(jì)測量口，但當(dāng)調(diào)節(jié)閥開大時(shí)，流體碰到攪拌器轉(zhuǎn)軸后向四周飛濺，在雷達(dá)液位計(jì)下方形成假液面，假液面高度也隨閥門開度變化而變化，故使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)液位波動(dòng)情況。

對策：首先，在保證工藝安全的情況下，適當(dāng)增加液位計(jì)輸出阻尼和傳感器采樣阻尼，減少虛假回波造成的液位指示數(shù)值的波動(dòng)。其次，修改液位計(jì)盲區(qū)（Dead band）選項(xiàng)，這個(gè)盲區(qū)定義了一個(gè)從障礙物到液位計(jì)法蘭的距離，該抑制的干擾由管口、密閉容器內(nèi)的障礙物及天線等產(chǎn)生，以使儀表獲得有效測量值。雖然修改盲區(qū)可以避開下料口形成的假液面，但是還應(yīng)注意當(dāng)實(shí)際液位高于盲區(qū)所定義的液位高度時(shí)，正確的回波被否定，液位計(jì)把耗時(shí)更長的回波作為測量值，造成液位指示偏低。使用這些方法后，雷達(dá)液位計(jì)的處理頻次明顯降低，但是造成影響液位計(jì)測量的工況原因仍然存在，最終與工藝人員溝通，對雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行移位實(shí)驗(yàn)，暫時(shí)選取避開假液面的人孔位置安裝，實(shí)驗(yàn)取得了很好的結(jié)果，液位計(jì)工作穩(wěn)定可靠，為進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

通過以上現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，處理雷達(dá)液位計(jì)故障時(shí)，首先應(yīng)從液位計(jì)的安裝、現(xiàn)場工況等根源處著手，再在使用中采取相應(yīng)的消除干擾措施，這樣才能最大限度地降低儀表的故障機(jī)率，真正體現(xiàn)其連續(xù)可靠、高精度的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱炳興，王森.儀表工試題集：現(xiàn)場儀表分冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]吉寧，雷建鋒，宋凱.雷達(dá)液位計(jì)故障分析與處理[J].甘肅科技縱橫，2012（41）.

作者簡介：張旭（1986-），男，河南洛陽人，技術(shù)員，研究方向：儀表。endprint