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    雷達液位計在漿液槽液位測量中的設計探討

    作者: 來源: 發布時間:2021-03-11 08:51:19

     摘 要 :在納米碳酸鈣生產行業中,對漿液槽液位測量的問題進行分析,通過各種類型液位計的比對,采用雷達液位計檢測漿液槽液位,分析了雷達液位計檢測儀表工作原理、性能參數。著重分析了雷達液位計在漿液槽液位測量過程中遇到的問題,分析相關原因,提出解決的方法,了解雷達液位計的應用效果。并對液位計安和使用維護提出要求。實際應用表明采用雷達液位計能夠準確檢測出漿液槽液位,增加了漿液槽在使用過程中的安全性。

           在納米碳酸鈣生產過程中,涉及到多個漿液槽設備,其作用主要是起對漿液進行調制、攪拌均勻等功能。漿液槽的主要設備包括槽體、進料管、放料管和攪拌器。介質為氫氧化鈣石灰乳漿液或碳酸鈣沉淀物 [1] 漿液,均為固液混合物。

           在某超細碳酸鈣生產設計項目中,生產設備涉及氫氧化鈣石灰乳漿液的粗漿池槽、精漿槽、調濃槽、渣液槽等共計 44 臺。按照工藝包要求需要對氫氧化鈣石灰乳漿液槽液位進行測量,但因為氫氧化鈣石灰乳漿液、碳酸鈣漿液介質的性質及設備的條件,在進行液位計選型中存在以下問題 :

    1 設計中存在的問題及原因分析

    1.1 漿液槽測量介質為氫氧化鈣石灰乳漿液或碳酸鈣漿液

           石灰乳的水溶液常稱為石灰水(量大時形成石灰乳或石灰漿),呈堿性,碳酸鈣漿液是包含水、酸性分散劑體系和碳酸鈣的混合物。介質狀態均為固、液混合體,常溫常壓下,且存在一定黏稠物,容易產生碳酸鈣沉淀物。

    1.2 漿液槽設備上有物料進、出管口和攪拌器

           液位測量存在以下特點 :時間長容易存在附著、碳酸鈣物質沉淀。為防止漿料沉積、介質濃度調整、漿液槽進行攪拌時,攪拌使得液面震蕩,產生泡沫和漩渦。

           所以在漿液槽液位計選型過程中,磁翻板液位計、差壓式液位計等接觸式液位計因介質沉底、附著等原因造成儀表故障、測量不準確,維護維修量大,不合理且不經濟,導致無法滿足液位測量的要求,容易引發因漿液槽溢槽、空槽和攪拌空轉而造成的危險。

    2 液位計選型比較

           結合上述工況及介質情況,分析相關原因,比較了非接觸式液位計(雷達液位計與超聲波液位計),超聲波液位計因生產過程中,在攪拌運行的狀態下存在氣泡,存在檢測不到液位的情況,無法采用。故設計采用雷達液位計測量漿液槽的液位,通過對雷達液位計的了解,發現雷達液位計使用上有以下優點 :

           (1)采用非接觸式雷達液位計,無磨損,無污染,便于安裝。

           (2)不受空氣中水蒸氣、溫度和壓力變化影響。

           (3)信號 4 ~ 20 mA 疊加 HART 協議電流信號輸出,保證輸出的精確性。

           (4)精度高,精度為≤ ±1% F · S ;分辨率可達1 mm。(5)發射波束角小,能量集中,且具有回波增強能力,同時有利于避開干擾物 ;又有抗回波干擾抑制功能。

           (6)不受介質密度、狀態和溫度的變化而變化。

           (7)方便與監控操作系統相連接。具有智能化數據處理能力。故設計選用雷達液位計對漿液槽的液位進行檢測。

    3 液位檢測原理及技術標準

    3.1 雷達液位計的測量原理

           雷達液位計是根據微波在發射—反射—接收這一過程中的時間行程或頻率差來進行測量的 [2]。雷達液位計安裝處的天線發射出雷達波,雷達波經被測對象液面反射后,反射波被同一天線接收 [3]。

    由雷達波在空氣中的傳輸速度為常數,從發射到接收的時間與液位計到液面的距離成正比,關系式為 :

           D = CT/2

    式中 D——雷達液位計到液面的距離 ;

           C——雷達波的傳播速度 ;

           T——雷達波運行時間。

    雷達液位計測量原理如圖 1 所示。

    雷達液位計測量原理

    通過圖 1 可算出液面到雷達天線的距離,即儀表探頭到界面距 D,因空槽間距 E 已知,通過公式 :

           L = E-D

    可知液位的界面的實際高度 L。進而得到漿液槽液面的液位。

           雷達液位計的技術參數 :

           供電電壓 :DC24 V

           功耗 : 5 W 

           測量精度 :≤ ±1% F · S

           傳感器防護等級 :IP65

           輸出信號 :4 ~ 20 mA DC

    4 應用、效果及注意事項

           在項目中安裝的 44 臺漿液槽采用雷達液位計,在實際應用中,存在一些問題,使用方將問題進行了反饋 :液位計液位顯示存在異常和一些液位誤報警的情況。經過現場實際情況查看,分析相關的原因 :

           (1)因液位計安裝在漿液槽頂部現場開孔,安裝的 5 臺液位計固定不夠牢固,在攪拌運行中存在震動,造成液位計抖動,信號不穩定,液位信號忽上忽下,讀數不準確 ;

           (2)3 臺液位計安裝靠近進料口,在物料進料過程中,液位測量的實際液位為物料進料口的液位,而引起高液位報警,造成漿液槽保護聯鎖反應 ;

           (3)部分液位及在運行過程存在假信號,經過分析,是因為在漿液槽攪拌過程,因漿液物料的旋轉,造成液面存在一定的傾斜角度 ;在進料過程中,因為進料口較高,進料引起的液面波動較大;液面較低時,測量液位顯示為攪拌轉動,是因為雷達波經過攪拌器的波形反射而引起的液位假信號。

           綜合以上原因,對雷達液位計安裝松動,不牢固處進行加固,保證液位計的平穩運行 ;對距離設備進、出料口較近(安裝距離為 150 ~ 200 mm)的液位計,重新在漿液槽上部蓋板合適位置上開孔,重新安裝液位計,保證液位計位于進、出料口的對面或者距離≥ 500 mm。對存在假信號的液位計,調整液位計的濾波模塊,及其液位計雷達波的發射角度,過濾因為液面波動,傾斜和攪拌轉動帶來的散射擾動信號,保證正常液位信號,從而保證液位計的測量精度和準確性。

           經過對一些液位計的位置、信號和狀態調整,全部 44 臺雷達液位計均能夠有效檢測粗漿池槽、精漿槽、調濃槽、渣液槽液位,并將液位信號以4 ~ 20 mA 形式輸出,傳輸至控制室的 DCS 操作系統,實時顯示各種漿液槽液位,為工藝的連續化生產提供可靠的操作參數。保證各個漿液槽液位的平穩、可控以及有效操作,防止了各漿液槽的液位過高引起的溢槽、機泵聯鎖反應,同時也預防了漿液槽液位過低引起的攪拌空轉等相應事故。提高了裝置運行的可靠性和安全性。

    為保證雷達液位計使用效果,實際應用中有以下幾個事項需要引起注意 :

           ① 在雷達安裝時,遠離進、出料口,遠離振動及可造成機械損傷之處。外殼可靠接地,安裝區域有避雷裝置。

           ② 液位計垂直安裝,并與槽壁保證至少 300 mm的間距,避開攪拌器等干擾源。

           ③ 雷達液位計主要由電子元件和天線構成,無可動部件,使用中偶爾遇到的問題是,貯槽中有些易揮發的有機物會在雷達液位計的喇叭口或天線上結晶,對它們只要定期檢查和清理即可,維護量少。

           ④ 液位計的連接電纜敷設時遠離大功率電源、射頻信號源等干擾源。

    5 結束語

           采用雷達液位計測量漿液槽液位,經過近幾年的運行,能夠準確測量出漿液槽的液位,保證了工藝生產操作的連續運行,提高該行業連續生產的自動化水平。同時在使用雷達液位計測量漿液槽的液位界面時,也解決漿液槽溢槽、液位高低不均,產品質量不一的問題,還解決了漿液槽出現空槽、設備空轉等的安全問題 ;所以通過雷達液位計使用,提高了工藝生產水平和設備運行的安全性。在使用的同時也應注意液位計的定期檢驗,定期清理液位計天線附近的附著物,保證液位計安全有效運行。

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