导波雷达液位计在汽包液位测量中的应用

2012-10-20霍金海

河南化工 2012年5期

关键词：探杆导波液位计

霍金海

(洛阳三隆安装检修有限公司，河南洛阳 471012)

导波雷达液位计在汽包液位测量中的应用

霍金海

(洛阳三隆安装检修有限公司，河南洛阳 471012)

罗斯蒙特3300系列导波雷达液位计是一种基于时域反射测量(TDR)原理、智能型、两线制连续型液位变送器。与平衡容器相比，因其不受温度、压力、蒸汽气体混合物、密度、起泡/沸腾、不同介电常数和黏度的影响，并具有蒸汽补偿技术，保证了汽包液位的准确测量。本文详细介绍了此液位计的测量原理、安装、组态、应用及故障处理情况，使大家进一步了解液位计。

导波雷达液位计;原理;应用

洛阳分公司制氢装置汽包液位的测量选用了罗斯蒙特3300系列导波雷达液位计，它的导微波技术保证了该系列雷达液位计很高的精度和可靠性。其测量功能不受温度、压力、蒸汽气体混合物、密度、起泡/沸腾、不同介电常数的介质和黏度的影响，适用于大多数液体、半液体和液/液界位的测量，在制氢装置使用至今极少出现测量不准确等故障，保证了汽包液位的准确测量。

1 雷达液位计测量原理及其特点

1.1 雷达液位计测量原理

根据麦克斯维电磁场理论，变化的电场会产生变化的磁场，变化的磁场会产生变化的电场，这种可变电场和磁场交替产生的波称之为电磁波。电磁波从介质1传输到介质2，如果介质2的介电常数大于介质1的介电常数时，电磁波会产生反射，同时还有折射和衍射。超高速计时电路计算从发射电磁波到接收到反射波的时间差Δt，雷达顶部到液面的距离S=V×Δt/2，其中V为电磁波传播速度。如果被测量容器高度为H，则液位高度L=H－S。

1.2 雷达液位计的特点

1.2.1 蒸汽补偿技术

电磁波在不同介质中的传输速度是不同的，比如在空气中的传输速度比在蒸汽中要大;假设蒸汽工况条件下，如果采用空气中的速度V来计算液位，根据原理公式L=H－S=H－ V×Δt/2，因为S=V×Δt/2比实际值偏大，计算出来的液位值将比实际值偏小(误差能达到10%)。蒸汽补偿技术，就是导波雷达变送器通过发射参考脉冲，确定从发射参考脉冲到接收到反射脉冲的距离L＇不变，变送器内部的超高速计时电路将计算参考脉冲波从发射到接受的传导时间差Δt＇，计算出实际蒸汽工况条件下的电磁波速度 V＇=2L＇/Δt＇，这样，实际蒸汽工况条件下的实际液位值将是L=H－S=H－V＇×Δt/2=H－ L＇× Δt/Δt＇。

1.2.2 散热技术

蒸汽型导波雷达杆的散热器部分，散热层采用了适合饱和蒸汽条件的氧化铝和PEEK(高温塑料)为绝热材料，导波杆的散热器电磁波传输部分采用黄金材料。

2 导波雷达液位计安装要求

雷达液位计变送器的安装，必须综合考虑安装要求、容器特性和过程连接等因素。导波雷达液位计变送器连接的导波杆有刚性单引线、刚性双引线、挠性单引线、挠性双引线和同轴杠杆几种类型。同轴式杠杆特别适用于产生蒸汽和湍流的沸腾状态场合的使用，制氢装置汽包液位计选用了同轴式探杆连接方式。同轴式探杆对测量室直径要求不高，只要大于探杆直径38 mm(刚性引线需要大于50 mm，挠性引线需要大于75 mm)。同轴式探杆对于测量室顶部安装距离没有特殊的要求(刚性引线需大于100 mm，挠性引线需大于300 mm)。变送器安装时还需注意以下几个方面:①严禁靠近入口管线安装;②如果在湍流状态探杆晃动摇摆，需在底部固定;③避免靠近加热盘管;④确保探杆不与其他物体接触。

3 罗斯蒙特导波雷达液位计参数组态

罗斯蒙特3300系列导波雷达液位计支持HART通讯协议，使用HART手操器可以设置如下参数:变送器变量(液位指示，%)、变送器单位(液位，mm)、参考测量高度(上部参考点至底部的距离)、探杆长度(上部参考点至探杆末端的距离)、探杆类型(同轴式)、介电常数(界位测量必须定义上层介电常数，用于界面高度)、蒸汽介电常数(重蒸汽对液位测量显著影响，可输入蒸汽介电常数对影响进行补偿，默认值1)、测量模式(液位测量)、探杆夹角(探杆与垂线之间的夹角，默认值为0)、上层产品最大厚度(界位测量时设定上层最大厚度参数)、阻尼(默认值为0)、显示(显示变量和语言)、4mA和20 mA对应点(20 mA对应点设置在上部静压区下方，对应点在负压取压口处600 mm，4mA对应点设置在下部静压区上部，对应点在正压取压口处100 mm)。经过这些基本设置，雷达液位计CPU能根据参数设置情况自动计算出当前液位值，保证了汽包液位的准确测量。

4 罗斯蒙特导波雷达液位计的应用

制氢装置汽包是产汽系统的主要部分，利用转化炉烟气段的高温热量和炉出口转化气高温余热，产出3.5MPa蒸汽，一部分作为工艺上的配汽参与反应，另一部分外送至中压蒸汽管网。由于汽包对于制氢装置的重要性，测量汽包液位共设计使用了三种测量仪表(导波雷达液位计、平衡容器液位计、玻璃板液位计)，经长期生产验证:导波雷达液位计的测量精确度高、反应速度快，仪表人员连续10天观察记录汽包液位的三种仪表测量值数据，如表1所示。

由表1可以得出，导波雷达液位计的测量数据比较稳定、真实。所以，导波雷达技术与先进信号处理技术的完美组合，使得罗斯蒙特3300系列导波雷达液位计成为蒸汽和湍流沸腾工况下液位测量的理想解决方案。日常使用中维护费用低、几乎免维护，要求备品备件少、节约资金，降低了仪表人员的劳动强度、提高了生产效率，智能化、精度高、工作可靠、功能强大，具有自检功能，抗干扰能力强。

表1 雷达液位计与平衡容器液位计及现场玻璃板液位计使用对比

5 导波雷达液位计的典型故障分析

只要安装及参数组态正确，导波雷达液位计大多数情况下测量精准、故障极少，所以制氢装置导波雷达液位计投用后测量状态一直平稳、准确。但是，也曾出现过一次指示不准的现象，具体表现为:现场玻璃板液位计指示平稳，无波动现象，而导波雷达液位计指示在35%～79%之间波动。故障现象出现后，仪表人员到达现场关闭了测量室正负引压管的截止阀，示值波动现象消失;对测量室进行排放过程中示值的变化也是连续、平稳的;对测量室的回零检查也没有发现问题;但是，检查完毕重新投用导波雷达液位计，波动现象依然存在。随后仪表人员分析是否由于工艺工况发生变化，进而导致导波雷达液位计指示失灵。经过研究发现，若在导波雷达表面存在重蒸汽，对液位的测量将会产生显著的影响，在这种情况下，输入蒸汽介电常数可对该影响进行补偿(默认值为1)。随即仪表人员重新输入重蒸汽介电常数，故障现象消失，仪表指示平稳，准确。