导波雷达液位计原理、选型安装及故障处理探析

屈竹

泸天化股份有限公司，四川泸州 646300

0 前言

在工业生产过程中，料位属于关键参数之一。对料位进行测量的方式较多，根据工况以及介质存在的不同，需运用与之对应的测量方式。对于料位测量仪表而言，较为常用的主要涉及浮筒式、静压式、重锤式、超声波等，这些方式均涉及不同的特点与应用范围。导波雷达料位计凭借雷达测量技术，可以实现非接触测量，并且耐老化以及磨损性能强，不会受到压力、温度、真空等因素的影响。采用先进的两线制技术及数字型输出，测量分辨率高（±1 mm），可靠性强。同时，导波雷达料位计凭借其能够在易结疤、蒸汽大、温度高、强腐蚀等环境中正常运转等优势得到了广泛的运用。

1 导波雷达液位计原理

导波雷达液位计指的是将时域反射原理（Time Domain Reflectometry，TDR）作为基础的一种雷达液位计，其电磁脉冲主要沿钢缆，亦或是探棒进行光速传播[1]。雷达液位计一旦同被测介质表面相遇，那么便会反射出一些脉冲，进而形成回波，然后沿着一样的路线回到脉冲发射装置，两者之间的距离与脉冲在两者之间的传播时间关系为正比，通过计算获取液体高度。另外，导波雷达液位计涉及到的技术优势表现为能够测量液体、颗粒、浆料的连续物位，并且在实际运用过程中，导波雷达液位计不会被介质、温度变化，以及泡沫、蒸汽、粉尘等干扰。同时，导波雷达液位计在精度方面为5 mm，量程60 m，可在250°和40 kg高压的环境中正常工作，适用于爆炸危险区域。除此之外，导波雷达液位计还能够在固体颗粒、酸碱储罐、小型储油罐，以及导电、非导电、腐蚀性介质中运用，诸如酸罐、灰仓等。

2 选型及现场安装

2.1 选型注意事项

挂料问题：对于粘稠且容易结晶的介质，在导波雷达方式中并不适用，能够测量一般液体和液态烃类；

抗拉强度：在液体测量的过程中应用4 mm天线，可截断，张力能够达到1 T；

腐蚀：现阶段，对于导波雷达液位计而言，天线和法兰均采取316材质，可迎合大多数介质的要求，基于一些特殊腐蚀性介质而言，需要特殊制作；

最小介电常数：结合不同介质涉及到的不同介电常数，选择相应的液位计；

安装尺寸：立足于现场具体需求，明确法兰形式、尺寸以及螺纹尺寸等；

天线的选择：参考测量不同类型容器、不同安装方式、介质特性等，选择单缆、双缆、单杆、双杆、同轴电缆等[2]。

2.2 安装应注意的问题

对于导波雷达液位计而言，是否能够发挥作用，重点在于反射波信号。若安装位置、液面无法把电磁波顺利地反射回雷达天线，亦或是信号波范围中存在干扰物向雷达液位计反射干扰波，那么就会导致雷达液位计无法将具体液位反映出来[3]。对此，为了能够有效避免雷达液位计出现障碍，维持稳定的运行状态，需确保安装工作的合理性。科学地选择安装位置与导波雷达液位计作用的发挥紧密相关，具体安装时需要重视以下几点：

（1）对液态物料进行测量的过程中，导波雷达液位计的天线轴线必须同液位反射表面保持垂直状态，传感器轴线与介质表面也是如此。而在测量固态物料的过程中，因为固体介质存在堆角，因此传感器应稍微倾斜，防止发射角中存在会引起假反射的相关装置；

（2）值得注意的是，障碍装置尽量远离天线最近三分之一的锥形发射区，这主要是由于障碍装置越近，所形成的虚假发射信号也就越强，如果无法避免，那么可通过折射板把较强的虚假反射信号折射走，进而减小假回波能量密度，让传感器轻易地滤出虚假信号；

（3）在选择导波雷达液位计位置时，应同出料口、进料口保持一定的距离，避免出现虚假反射；

（4）安装传感器的过程中，不可以选择拱形罐中心区域，不然会加强传感器接收到的虚假回波，也不可与罐壁较近，尽量安装在容器半径的一半区域中；针对金属盖、塑料管，量程范畴中不得进行碰撞。对于圆形、椭圆形容器而言，尽量安装在同中心距离一半的区域，不得将其安装在中心处，否则雷达波便会出现多重反射的情况，并渐渐向容器顶部中心处集中，形成强大的干扰波，不利于测量准度；

（5）不可在涡流较强的地方安装。如化学反应明显或搅拌等行为，可运用导波管与旁通管测量；

（6）若直接把传感器安装在接管上，接管中便可直接抽出天线，喇叭口天线伸出接管长度不得低于10 mm，棒式天线接管则不得超过100 mm或250 mm，接管直径最小250 mm。值得注意的是，最好采用增加接管直径的方式，以此来有效削弱接管所引起的干扰回波；

（7）导波管内壁始终处于光滑状态，下面开口的导波管必须满足最低液位的需求，如此可以在管道中测量；

（8）针对传感器而言，其类型牌必须同导波管开孔的轴线对齐。如果被测定介电常数＜4，则必须将反射板安装在导波管末端，也可把导波管末端弄弯，如此可有效折射反射回波；

（9）天线不得同短管或管壁进行密切接触，必须牢牢拉紧天线，在容器低端固定，同时预留好适宜的宽度；

（10）针对天线信号感应圈而言，不得安装任何结构件，若同一容器安装各种液位计时，天线之间应保持1 m以上的距离[4]。

3 故障处理

3.1 探头结疤与频繁故障的解决方式

首先，导波雷达液位计进行安装的过程中需要适当提高位置，若受外界因素影响无法提高，那么就需要运用将液位测量值与该槽的泵联锁的方法处理此问题，把最高液位设定值降低0.5 m，如果液位上升到最高值后，那么停进亦或是开启出料泵。

3.2 处理天线结疤

对于介电常数小的挂料而言，干燥状态下不会对测量产生影响，但如果介电常数较高，那么就会对测量产生影响。对此，可通过压缩空气进行吹扫，亦或是通过清水冲洗，同时，冷却的压缩空气能够让法兰与电器元件温度得到降低。另外，还可以利用酸性清洗液对碱性结疤进行清洗，但清洗过程中不可以测量液位。

3.3 被淹的处理方式

解决此问题的方式表现为把导波雷达液位计改成导波管式测量。依然在原开孔位置对导波管式雷达液位计进行安装，需要注意的是，导波管需要高于排气管0.2 m，运用此方式之后，当出现液浆从排气管溢出的状况时，不会导致液位计天线被料浆淹没，同时还能够防止搅拌器涡流的影响以及蒸汽由探头区域冒出，降低对探头的损害，并且在导波管聚焦效果良好的作用下，可以让接收的雷达信号更强，获取真实、可靠的测量效果[5]。因此，运用导波管测量的方法能够对表计测量条件进行全面的优化，促进仪表测量性能的全面提高，推广价值高。

4 故障处理的案例分析

某轻污油储罐雷达液位计在回波信号方面偏弱，难以开展液位测量工作，储罐在付料的过程中，液位不超过5 m，DCS显示液位值维持在7 m。对故障进行分析处理的步骤主要涉及以下几点：

（1）对通讯进行检查。通过调试软件对雷达组态数据以及回波强度进行检查，但是并未发现异常；

（2）对波形图进行检查。结合波形图，可总结出存在波形杂乱、干扰多的情况，回波信号弱，不超过200 mV，极易产生液位信号跳段的状况，波峰值维持在7 m，和具体液位之间不符；

（3）对工艺介质进行全面排查。结合生产工艺对清污油涉及到的成分进行分析，污油在介质方面较为复杂，可能在介质表面出现不平整气泡以及漂浮污油的状况，并影响雷达波，导致回波信号减弱。另外，收料介质以粗汽油为主，轻烃组分容易挥发凝结，使雷达天线信号减弱，但因为涉及较大的工艺风险，暂时没有开盖判断；

（4）对电子单元进行更换。由于电子单元故障会导致发射雷达波信号出现减弱的状况，亦或是难以实现正常的回波处理通讯，对新电子单元进行更换之后，对回波进行处理，仍然未恢复正常；

（5）对雷达头以及天线连接的铝制导波套管进行检查。对于此套管而言，主要是让雷达波维持在稳定的状态中，然后向天线传导，通过检查之后发现铝制管套存在缺失的状况，添加后检测回波并未出现较大的变化；

（6）天线检查。拆开法兰并将天线取下之后发现，阵列式天线在表面出现了部分裂纹，对其予以替换之后，回波恢复正常，同时液位测量值正确。

5 结束语

综上所述，导波雷达液位计属于可靠性强、性能高的一种仪表，具体应用时故障率较低，大部分故障均是由于现场使用环境恶劣、安装以及维护不到位导致的。因此，正确地进行导波雷达液位计选型、安装，并增强巡检和维护工作，均能够降低雷达液位计故障，确保其维持在正常、稳定的运行状态中，使其准确、实时地显示工艺参数。