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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 發布日期:2021-08-23

     摘要:伴隨著中國經濟的飛速發展,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,環境污染問題也日益嚴重,國家及企業對于環保問題也越來越重視。廢水池在石油化工企業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,采用發射 - 反射 - 接收的工作模式。由雷達天線發射出電磁波,經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射出電磁波到接收到雷達回波的時間與成正比例關系,關系式如下:
     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點。雷達液位計發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、大氣以及揮發性介質的影響,可以用在具有揮發性介質如粗苯等液位的測量,適用于絕大多數液位的測量。
     
    導電的介質甚至是微導電的介質都能夠反射足夠的電磁波信號。對于非導電的介質,當介電常數大于 1.5 時,就能反射足夠的雷達波被液位計檢測到,介電常數越大的介質,雷達反射波信號也越強。
     
    雷達液位計為非接觸式儀表,不受罐內介質的密度、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、高壓等環境的液位測量。雷達液位計的關鍵部分如天線等采用高質量的材料,具有很強的抗腐蝕能力,所以可以用于強腐蝕性環境中。
     
    雷達液位計具有根據用戶輸入的儀表參數,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設定,也可以根據液位計的型號,使用相應的FF 或 HART 協議的通訊器,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 環境溫度的影響
    當被測介質具有易揮發的特性時,周圍的環境溫度可能會使被測介質揮發并附著在天線表面,使天線發射和接收雷達波都會受到嚴重的影響,造成測量數據的異常波動。
     
    3.2 蒸汽的影響
    廢水池一般為地下罐,溫度比較低,當廢水池內有大量的蒸汽存在時,蒸汽遇冷會在內壁上凝結成小水珠,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,并且會出現小液滴形成、匯集、滴落的循環。經過分析發現,雷達天線發射的雷達波在遇到罐壁上的液滴后會發生不規則的反射回波,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,產生虛假信號。
     
    3.3 液體的湍動和氣泡的影響
    地下罐內液體的流入和泵的抽出都會造成罐內液面的湍動,并且會有大量氣泡產生。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鍵所在[2]。
     
    4.1 雷達液位計在地下罐等容器內安裝注意事項
    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罐壁;雷達天線應垂直于被測介質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;喇叭天線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的中心處,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的中心處,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,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,但是連接處不得有超過 1 mm 的縫隙;導波管兩側如果需要開孔,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,則需要進一步調整液位計的安裝位置,直到液位計能產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 雷達液位計的參數組態
    5.1 雷達液位計可根據需要選擇需要的語言
    5.2 雷達液位計參數設置
    雷達安裝完畢,接線完成后,需要輸入如下參數:距離單位、容器類型、測量介質、空標、滿標,然后進行回波抑制即可進行測量。儀表會根據用戶輸入的數據,自動對相關連的參數進行內部優化調整,以達到非常佳測量效果。
     
    6 案例分析
    6.1 案例經過
    某日崗位內操反應,在工藝正常生產過程中,廢水池液位LT-01 示值由 20% 直接跳到 100%,并且觸發聯鎖停泵。
     
    6.2 處理過程
    (1) 檢查工藝無異常操作,聯鎖前無異常進料、出料情況。
    (2) 檢查雷達液位計參數設置正常,均按照規格書設置。
    (3) 檢查雷達液位計安裝符合要求,罐內無攪拌器。(4) 經檢查雷達本身正常,但在非常高液位處有極強的回波信號。拆開發現喇叭口處凝結了大量水珠。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) 經與工藝溝通,現有工況無法改變,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,如設備結構、安裝位置、介質特性,特別是用于測量揮發性和易結晶的物體液位時,應充分考慮揮發性介質附著在天線上產生的影響。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 結語
    廢水池液位因其被測介質及其環境的特殊性,所以選用雷達液位計能夠保證液位測量的準確性,同時應根據介質的特性,選用合適的型號,是儀表長周期穩定運行的有力保證。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驗
     
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