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用雷達液位計測量廢水池液位的影響因素和安裝注意的案例分析

來源: 中海殼牌石油化工有限公司 作者:冀寶敬 發(fā)布日期:2021-08-23

 摘要:伴隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,科技的不斷進步,人們在享受著科技進步帶來的成果的同時,環(huán)境污染問題也日益嚴重,國家及企業(yè)對于環(huán)保問題也越來越重視。廢水池在石油化工企業(yè)中承載著化工污水的收集和暫存作用,其液位測量的準確性直接影響環(huán)保成果。為此,文章對廢水池液位測量展開討論。

 
1 工作原理
雷達液位計,采用發(fā)射 - 反射 - 接收的工作模式。由雷達天線發(fā)射出電磁波,經(jīng)被測對象表面反射后,再被雷達天線接收。雷達液位計到被測對象表面的距離與雷達天線從發(fā)射出電磁波到接收到雷達回波的時間與成正比例關(guān)系,關(guān)系式如下:
 D=CT/2 (1)
式中:D—雷達液位計到液面的距離;C—光速;T—電磁波運行時間 
 
2 雷達液位計的特點
雷達液位計采用的是一體化設計,沒有可動部件,無機械磨損,具有使用壽命長等優(yōu)點。雷達液位計發(fā)出的雷達波能夠穿過真空,不需要傳輸媒介,雷達液位計的測量不受蒸汽、大氣以及揮發(fā)性介質(zhì)的影響,可以用在具有揮發(fā)性介質(zhì)如粗苯等液位的測量,適用于絕大多數(shù)液位的測量。
 
導電的介質(zhì)甚至是微導電的介質(zhì)都能夠反射足夠的電磁波信號。對于非導電的介質(zhì),當介電常數(shù)大于 1.5 時,就能反射足夠的雷達波被液位計檢測到,介電常數(shù)越大的介質(zhì),雷達反射波信號也越強。
 
雷達液位計為非接觸式儀表,不受罐內(nèi)介質(zhì)的密度、濃度等物理特性的影響。測量范圍廣,非常大可以達到 35 m,也可以用在具有高溫、高壓等環(huán)境的液位測量。雷達液位計的關(guān)鍵部分如天線等采用高質(zhì)量的材料,具有很強的抗腐蝕能力,所以可以用于強腐蝕性環(huán)境中。
 
雷達液位計具有根據(jù)用戶輸入的儀表參數(shù),自動地識別出虛假回波的功能,可以通過軟件、手操器或簡易操作鍵等排除這些干擾波。雷達液位計可用自帶的簡易操作鍵在液位計上的進行大部分參數(shù)設定,也可以根據(jù)液位計的型號,使用相應的FF 或 HART 協(xié)議的通訊器,遠程或者在本地進行通訊設定,操作方便快捷[1]。
 
3 影響雷達液位計測量的因素
3.1 環(huán)境溫度的影響
當被測介質(zhì)具有易揮發(fā)的特性時,周圍的環(huán)境溫度可能會使被測介質(zhì)揮發(fā)并附著在天線表面,使天線發(fā)射和接收雷達波都會受到嚴重的影響,造成測量數(shù)據(jù)的異常波動。
 
3.2 蒸汽的影響
廢水池一般為地下罐,溫度比較低,當廢水池內(nèi)有大量的蒸汽存在時,蒸汽遇冷會在內(nèi)壁上凝結(jié)成小水珠,小水珠會隨著蒸汽量的增加而逐漸增大變成小液滴,受到重力的作用落入罐內(nèi),并且會出現(xiàn)小液滴形成、匯集、滴落的循環(huán)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),雷達天線發(fā)射的雷達波在遇到罐壁上的液滴后會發(fā)生不規(guī)則的反射回波,當反射回波信號較強時,滴液的反射回波會被當做真實液位反饋到控制室,從而出現(xiàn)虛假液位。
 
另外當雷達天線上匯集大量的水滴時,天線上液滴的回波也會產(chǎn)生雷達反射波,當反射波反射的回波強度超過實際液位的回波時,雷達液位計誤認為天線表面的冷凝水即為實際液面,產(chǎn)生虛假信號。
 
3.3 液體的湍動和氣泡的影響
地下罐內(nèi)液體的流入和泵的抽出都會造成罐內(nèi)液面的湍動,并且會有大量氣泡產(chǎn)生。液面的湍動和氣泡不僅會吸收和散射雷達波,還會折射和反射雷達波,使雷達反射波的信號強度降低,嚴重影響測量精度。
 
4 雷達液位計安裝注意事項
雷達液位計測量的準確性,關(guān)鍵取決于實際液位反射波的信號強弱。如果所選儀表的安裝位置,雷達天線無法接收到被測液面反射的雷達波,或在雷達波的范圍內(nèi)有強干擾并能夠反射足夠強的干擾波給雷達液位計,雷達液位計都無法有效的反映實際液位。因此,選擇合理的安裝位置,是雷達液位計能否測量準確的關(guān)鍵所在[2]。
 
4.1 雷達液位計在地下罐等容器內(nèi)安裝注意事項
液位計安裝時應盡可能避開進料口、攪拌器、攪拌閥等干擾源,同時要注意避開槽壁的黏附物和階梯等固定物,以提高信號的可信度,雷達液位計安裝位置距離槽壁、罐璧應不小于30 cm,避免將內(nèi)壁上的回波信號誤做真實液面的回波信號;雷達液位計安裝時要注意在螺母或法蘭上的安裝標記,安裝標記用于對準天線位置,要確保雷達液位計安裝時標記要指向非常近側(cè)罐壁;雷達天線應垂直于被測介質(zhì)的表面平行于測量槽壁安裝,這樣有利于雷達波的傳播。無法保證豎直安裝的喇叭天線,其非常大有效測量范圍可能會被減。焕忍炀要注意應伸出液位計的安裝短管,以便提高測量精度;對于喇叭型雷達液位計,喇叭口的安裝要注意大于安裝孔的內(nèi)表面 10 mm;而棒式液位計在安裝時要注意,天線一定要伸出安裝孔,并且安裝孔的長度不能超過 100 mm。
 
當液位計用于測量橢圓型或圓型的容器液位時,液位計應裝在距離中心為 1/2R(R 為容器半徑 ) 的位置上,務必注意不要安裝在容器頂?shù)闹行奶,當雷達安裝在容器頂部中心處時雷達波易在容器壁形成多重反射后,非常后雷達波匯集于容器頂?shù)闹行奶,形成很強的干擾波,影響雷達液位計的準確測量。
 
4.2 在導波管中安裝注意事項
天線安裝位置上的校準標記要確保對準引流槽;安裝完成后,表殼可以350°旋轉(zhuǎn),使得接線腔室和液晶顯示屏方便查看;可以使用全通徑球閥進行測量。
 
導波管必須使用金屬管,可以是平行或無縫焊接的不銹鋼管,導波管不可以使用搪瓷涂層;管徑要均勻,且內(nèi)壁要始終光滑,當導波管需要延長時,可以通過焊接法蘭或套管的方式實現(xiàn),但是連接處不得有超過 1 mm 的縫隙;導波管兩側(cè)如果需要開孔,開孔的位置要對稱,并且夾角為 180°;
 
當需要引流槽時,其非常大孔徑和非常大寬度為管徑的 1/10,開孔的位置需要去除毛刺,開孔數(shù)量和長度對測量無影響;
 
4.3 旁通管中安裝注意事項
當容器內(nèi)的物料波動較大時,可使用帶旁通管的液位計,用以減少介質(zhì)波動對測量的影響;要特別注意天線安裝位置上的校準標記要垂直于罐體連接管。
 
旁通管必須使用金屬管,不能有搪瓷涂層或者塑料;管徑要均勻,且內(nèi)壁要始終光滑;旁通管的任何過渡段不得有超過1 mm的縫隙;在罐體連接管±20 cm處,測量精度會有所降低。選擇口徑盡可能大的喇叭天線。
 
4.4 判斷安裝是否合適
雷達液位計安裝完畢以后,可以使用安裝有通訊軟件的PC 機查看液位計的回波曲線圖,用以判斷安裝是否合適,如不合適,則需要進一步調(diào)整液位計的安裝位置,直到液位計能產(chǎn)生滿意的回波曲線圖,此時液位計顯示屏上顯示的液位應與實際液位一致。
 
5 雷達液位計的參數(shù)組態(tài)
5.1 雷達液位計可根據(jù)需要選擇需要的語言
5.2 雷達液位計參數(shù)設置
雷達安裝完畢,接線完成后,需要輸入如下參數(shù):距離單位、容器類型、測量介質(zhì)、空標、滿標,然后進行回波抑制即可進行測量。儀表會根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù),自動對相關(guān)連的參數(shù)進行內(nèi)部優(yōu)化調(diào)整,以達到非常佳測量效果。
 
6 案例分析
6.1 案例經(jīng)過
某日崗位內(nèi)操反應,在工藝正常生產(chǎn)過程中,廢水池液位LT-01 示值由 20% 直接跳到 100%,并且觸發(fā)聯(lián)鎖停泵。
 
6.2 處理過程
(1) 檢查工藝無異常操作,聯(lián)鎖前無異常進料、出料情況。
(2) 檢查雷達液位計參數(shù)設置正常,均按照規(guī)格書設置。
(3) 檢查雷達液位計安裝符合要求,罐內(nèi)無攪拌器。(4) 經(jīng)檢查雷達本身正常,但在非常高液位處有極強的回波信號。拆開發(fā)現(xiàn)喇叭口處凝結(jié)了大量水珠。使用干凈的碎布輕輕的擦拭天線表面后回裝,投用正常。
 
6.3 原因分析
LT-01 測量廢水池 1# 液位,設計介質(zhì)為雨水和沖洗水,操作溫度 40℃。但實際操作中排入了大量蒸汽凝液,高溫蒸汽升騰至天線,遇冷凝結(jié)成大量水珠附著在喇叭口邊緣。當其反射的回波強度超過實際液位的回波時,雷達液位計誤認為天線表面的冷凝水即為實際液面,產(chǎn)生虛假信號。廢水池液位 LT-01歷史趨勢如圖 1 所示。
廢水池液位LT-01歷史趨勢
6.4 處理建議
(1) 經(jīng)與工藝溝通,現(xiàn)有工況無法改變,走 MOC 重新選型,更換為抗冷凝的雷達液位計;(2) 在更換新表前定期清潔雷達液位計天線,保證儀表可靠性。
 
6.5 雷達液位計的選型建議
雷達液位計儀表選型應充分考慮各方面影響儀表測量的因素,如設備結(jié)構(gòu)、安裝位置、介質(zhì)特性,特別是用于測量揮發(fā)性和易結(jié)晶的物體液位時,應充分考慮揮發(fā)性介質(zhì)附著在天線上產(chǎn)生的影響。針對不同工況特點,適當選擇帶有抗冷凝、反吹或反沖洗功能類型儀表[3]。
 
7 結(jié)語
廢水池液位因其被測介質(zhì)及其環(huán)境的特殊性,所以選用雷達液位計能夠保證液位測量的準確性,同時應根據(jù)介質(zhì)的特性,選用合適的型號,是儀表長周期穩(wěn)定運行的有力保證。希望通過本文的討論,使讀者對雷達液位計測量廢水池液位有一個更加深入的了解,并提供一些雷達液位計的故障處理和日常維護方面的經(jīng)驗
 
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