雷达液位计在物位测量上应用

1.概述
雷达液位计主要应用于工业过程领域中,在困难条件下对密闭型容器中的各种液体、糊状料、浆液散粒料以及液化气进行非接触式和接触式的连续物位测量,当然也适用于敞开型的容器。

2.测量原理
雷达液位计利用调频连续波(FMCW)雷达原理和快速傅氏变换(FFT)信号分析原理。发射频率随一定的时间间隔(扫描频率)线性增加。微波信号从仪表天线的发射器发出,到达介质界面后反射,经过时间t后由接收器接收。发射点到介质界面的距离L是由测量微波信号传播时间来实现的。见如下公式
L=cメt/2(此处,c=光速)
由于微波发射频率是随着信号传播中的时延而变化的,所以与反射体距离L成比例的低频信号的频率f是从当前发射频率和接收频率之间的差异中获取的。这样介质的液位可以由储罐的高度和距离计算出来。



3.典型应用
3.1雷达液位计用于气提塔测爆沸液面
在树脂装置上,原料C5经过聚合反应,中和水洗,闪蒸后,利用气提塔去除反应液中的低聚物,由于该液体温度较高(300℃),粘度也很高,同时,由于采用饱和蒸汽通过安装在塔釜的盘管加热液体,导致在液面产生爆沸现象,存在许多泡沫,在液面和填料之间存在水汽。很显然,一些接触式的测量仪表难以达到要求,我们也曾尝试采用双法兰差压变送器,测量误差较大,在装置停车以后,变送器膜片表面粘附上大量的聚合物,使变送器极易损坏,所以没有成功。后来,我们尝试采用雷达液位计测量,取得了很好的效果,由于考虑到在塔体上没有垂直安装位置,故采用了如图2的侧面安装方式,加了一段特别制作的90°微波导波管,使圆锥型天线径向与液面平行,由于测量的数据准确反映了真实液面,确保了该塔的安全稳定操作。在测量中,我们利用雷达液位计的PC-CAT功能,利用笔记本电脑通过串行通讯接口,采用调试软件窗口观察微波信号的强弱,把泡沫的干扰予以确认后,通过加大阈值将泡沫信号滤波后成功去除。为了确保雷达圆锥型天线表面不被粘度很高的液体粘附在上面和温度偏高影响仪表的稳定,在导波管与表体结合部安装了冷却和氮气吹扫口。



3.2雷达液位计用于树脂装置加热拌崟测液位
雷达液位计在树脂装置ZUI后一个单元的中间槽液位测量中表现也相当出色。在这个工况下,温度更高(330℃),粘度也很高,同时在储槽的顶部有搅拌装置,有搅拌浆,容易产生紊动,必然产生干扰波,影响液位的准确测量。雷达液位计利用其出色的空罐颊谱功能,将这些干扰准确无误的记录下来,并存储在仪表中,见图3(a)。在进料后的测量过程中图3(a)中的干扰信号会被剔别除,从而准确测量出液体的真实液位,见图3(b)所示。
做空罐频谱目的是消除过程储罐中由搅拌浆、下落的结垢物、进出料流量的旁流引起的散现反射产生的“假信号”,同时也把由支撑件、焊缝和储罐内壁引起的干扰信号被识别为“固定目标”而被去除。这个过程当然需要在空罐时完成。



3.3水洗塔中测界面
在1000T/A异戊烯装置中,要求C5原料进行水洗,所以在装置上有水洗塔,原料从塔釜进入,水从上部进入,由于C5原料和水的界面不是很清晰,同时由于界面是起伏的,传统的测量难以达到要求,所以我们采用了雷达液位计来解决这个问题



如图4所示,电磁波通过雷达液位计钢性的导体导向发射下来,波和C5原料液体相遇,一部分波被反射,通过返回时间计算即可测量液位.介质的介电常数愈高,反射愈显著.该C5原料属于低介电常数的介质,除反射波外,其余波将继续在C5原料中传播,直至遇到水和C5原料的界面,再反射。测量该回波的时间差即测量界面,这里须要求上层介质的介电常数低于下层。沿导体传输的微波,微波以光的速度在导体中传输,因此与超声波相比,它对压力和温度的变化完全不敏感,由于导向作用,发射或反射微波能量无任何衰减,比其它声波、电磁波强得多,因此泡沫、粉末、蒸汽等外界干扰对其测量无影响,亦不受被测容器形状的影响。介质的介电常数改变对测量无任何影响,同时也不受容器形状干涉反射的的影响,介电常数偏离也不影响物位测量经实践证明,该测量方法准确可靠。
3.4很小介电常数(Er〈2)介质的物位测量



如图5所示,雷达液位计在测量介电常数Er<2的物料时,微波沿导杆向下发射,但物料的介电常数很小而不存在表面反射,其它工作原理相同即使在一个粉尘很厚的环境,由于导杆的短路位置C固定,传播距离就确定,微波在该短路位置返回.随着被测介质的物位不断上升,在介质未覆盖的导杆部分,速度仍为V1,微波进入介质后,速度变为V2,显然V2<V1,微波的传播时间就增加.因此微波返回的时间延长,该时间和空容器时V1的时间差与介质物位成比例。当然,此时料位的测量精度厂家提供的数据为+/-100m,比液位差很多.对于粉末、强挥发性或强静电片状粉料可能误差更大.这开辟了许多新的应用领域,被使用在过去许多要准确测量物位而十分困难的场合。

4.结束语
通过对雷达液位计在我单位各类工况上的应用,特别是在石油树脂装置上的良好应用,帮助我们解决了以往在物位测量领域中比较难以解决的问题,并有着很高的测量精度,体现出雷达液位计较高的性价比