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【摘要】本文主要以華能銅川電廠使用的美國(guó)Magnetrol為例討論導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器在液位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及安裝方面的幾點(diǎn)問(wèn)題，并對(duì)液位測(cè)量系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及安裝中存在的一些問(wèn)題闡述了一些注意事項(xiàng)及改進(jìn)方法。
O、引言
液位測(cè)量在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中起到很重要的作用，其設(shè)計(jì)及安裝在很大程度上決定了液位測(cè)量的準(zhǔn)確性、可靠性、及時(shí)性和精確性。近幾年，電廠大量采用導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器作為液位測(cè)量的儀表，主要應(yīng)用在加熱器、除氧器、凝汽器(排汽裝置)、擴(kuò)容器，污水處理池，輕油罐、酸堿罐、水箱等。筆者據(jù)以往現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，參考國(guó)內(nèi)電廠在熱力系統(tǒng)測(cè)控技術(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用中關(guān)于液位測(cè)量的工程實(shí)例，以及鑒于很多新建、改建、擴(kuò)建機(jī)組在試運(yùn)行及運(yùn)行階段出現(xiàn)了一些因水位測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性、可靠性不足而造成的運(yùn)行故障、機(jī)組事故及降低了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題，對(duì)此有必要進(jìn)行總結(jié)、探討和提出一些改進(jìn)方法。
1、測(cè)量原理
早期的液位測(cè)量?jī)x表都是選用差壓變送器，液位測(cè)量即對(duì)于液體容器內(nèi)液面(即液位)相對(duì)于參考水平面(一般以容器容積允許的液面或運(yùn)行中的正常標(biāo)準(zhǔn)液面做為參考水平面)的高度差進(jìn)行測(cè)量，用以指導(dǎo)對(duì)容器液面進(jìn)行的控制、監(jiān)視及保護(hù)。如果實(shí)際中設(shè)計(jì)一個(gè)參考液面，從而可以測(cè)得實(shí)際設(shè)計(jì)參考液面與參考水平面的差值。而實(shí)際中用于測(cè)量設(shè)計(jì)的參考液面與理論參考水平面存在一個(gè)固定的高度差關(guān)系，但這經(jīng)過(guò)調(diào)整修正即可消除影響。以此即可求得實(shí)際液面相對(duì)于容器理論參考水平面的高差值，即所需的液位測(cè)量值。如下圖示：

導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器原理是采用TDR(時(shí)域反射)原理，由發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沿導(dǎo)波桿向下傳送的電磁波，當(dāng)遇到比先前傳導(dǎo)介質(zhì)(空氣或蒸發(fā)氣)介電常數(shù)大的液體表面時(shí)脈沖被反射，用超高速計(jì)時(shí)電路精確地測(cè)量出脈沖波的傳導(dǎo)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的精確測(cè)量
2、選型設(shè)計(jì)
選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)波雷達(dá)探頭在電廠實(shí)際應(yīng)用中是十分重要的，因?yàn)樘筋^的配置決定了一些基本的性能。
同軸式、雙桿式(硬桿或鋼纜)和單桿式是目前所用的三種基本配置，每種都有特定的優(yōu)點(diǎn)和局限性。
同軸式探頭是所有探頭配置中的，并且在所有應(yīng)用場(chǎng)合中應(yīng)該首先考慮的。同軸式鋼纜、同軸式探頭都是高頻的脈沖能在他們的整個(gè)長(zhǎng)度上幾乎不受干擾的傳播。在內(nèi)桿和外部套管之間所形成的電磁場(chǎng)被的包容。同軸式配置的效率和敏感度，使其在介電常數(shù)極底(ε>1.7)的應(yīng)用場(chǎng)合也會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度。但是，在掛料和結(jié)垢的應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)容易產(chǎn)生測(cè)量誤差。
雙桿式探頭不如同軸探頭靈敏度高，這也是其測(cè)量的介電常數(shù)只能er>2.5的原因。他能夠精確的測(cè)量易掛料和結(jié)垢的介質(zhì)，膜狀的掛料對(duì)變送器的性能影響較小，然而在兩桿之間物料搭橋可能導(dǎo)致測(cè)量反常，所以應(yīng)該盡量避免上述情況的出現(xiàn)。
單桿式探頭是三種形式中底的一種，其所檢測(cè)的介電常數(shù)大約為er>10，當(dāng)這種探頭安裝在80-150mm的金屬儲(chǔ)罐壁之間或金屬籠子之間時(shí)，其介電常數(shù)性能被明顯改善(er~3.0)他是最能忽視掛料和結(jié)垢，也是受物體接近程度影響的探頭.
3、安裝方式
根據(jù)導(dǎo)波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要安裝方法有兩種：
3.1外置測(cè)量筒式安裝
使用在加熱器、除氧器、凝汽器(排汽裝置)、擴(kuò)容器部位的導(dǎo)波雷達(dá)采用的是外置測(cè)量筒式安裝，測(cè)量筒一般根據(jù)設(shè)計(jì)提出的液位測(cè)量范圍來(lái)生產(chǎn)，測(cè)量筒的上下連接151的中心距即是設(shè)計(jì)提出的液位測(cè)量范圍，當(dāng)然在上下連接口中心距的范圍內(nèi)還可以利用變送器來(lái)組態(tài)你所要求的量程范圍。
3.1.1測(cè)量筒的設(shè)計(jì)和制作
測(cè)量筒的類型有兩種：a.頂部為法蘭(見(jiàn)圖1)，b.頂部為3／4”NPT內(nèi)螺紋(見(jiàn)圖2)一般測(cè)量筒設(shè)計(jì)時(shí)確定：A=150mm，B=200mm，設(shè)計(jì)量程”C”；由于導(dǎo)波桿長(zhǎng)度”Lff在設(shè)計(jì)量程”C”基礎(chǔ)上再加E=200~300mm，L=C+E；當(dāng)導(dǎo)波桿安裝在測(cè)量筒上時(shí)，導(dǎo)波桿肯定足夠長(zhǎng)到下連接口以下，測(cè)量筒的材質(zhì)一般為：測(cè)量筒的壁厚一般根據(jù)介質(zhì)的溫度壓力來(lái)確定。

3.1.2容器液位測(cè)量的量程確定
熱控專業(yè)根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)容器液位測(cè)量?jī)x表，基本上有兩種測(cè)量要求，一是只要測(cè)量整個(gè)容器的某局部一段(見(jiàn)圖3、圖4)，二是需要測(cè)量整個(gè)容器的全量程(見(jiàn)圖5)；華能銅川電廠1#、2#、3#高壓加熱器采用圖3安裝方式、除氧器采用圖5安裝方式，凝汽器(排氣裝置)、5#、6#、7#低壓加熱器采用圖3安裝方式。
注意：局部測(cè)量方式，設(shè)計(jì)測(cè)量筒的上下連接口中心距C需要大于或等于容器的液位測(cè)量實(shí)際量程。

3.1.3測(cè)量筒與容器的連接
測(cè)量筒與工藝容器的連接，首先要確定容器液位測(cè)量實(shí)際量程(對(duì)于局部液位測(cè)量方式非常重要)，然后將測(cè)量筒的上下連接口的中間部分與容器的液位測(cè)量實(shí)際量程對(duì)齊(1}}：如果是局部測(cè)量方式，測(cè)量筒的上下連接口中心距C大于容器的液位測(cè)量實(shí)際量程，則只要求測(cè)量筒的上下連接口的中間部分能夠覆蓋容器的液位測(cè)量實(shí)際量程就可以了。在電廠的壓力容器的頂部、側(cè)部和底部都留有測(cè)量?jī)x表用接口，我們根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)選擇接口，如果實(shí)在沒(méi)有預(yù)留接口，將需要現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔(一般排汽裝置需要現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔)，孔的內(nèi)徑一般為50mm(太小會(huì)造成液位測(cè)量的滯后)。
根據(jù)控制要求，電廠的容器液位測(cè)量有安裝單臺(tái)和多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的不同方案。對(duì)于單臺(tái)變送器的安裝請(qǐng)參考圖3、圖4、圖5，引管可以按照示意圖3、圖4、圖5來(lái)連接。如果要安裝多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)，則需要從容器處引兩根母管，多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)的各個(gè)測(cè)量筒再與母管連接。
3.1.4導(dǎo)波雷達(dá)與測(cè)量筒的連接
導(dǎo)波雷達(dá)與測(cè)量筒的安裝只有兩種形式，一是螺紋安裝：首先用生料布繞螺紋處3.4圈，然后將導(dǎo)波桿旋到測(cè)量筒中：二是法蘭安裝：先將墊片放到法蘭上，然后將法蘭安裝的導(dǎo)波桿插入法蘭安裝用的測(cè)量筒中，再用螺栓和螺母將兩片法蘭緊緊安裝好。
注意：一般導(dǎo)波桿和測(cè)量筒為量身設(shè)計(jì)，但是插到測(cè)量筒中的導(dǎo)波桿頂端與測(cè)量筒底的最小距離為25mm。
3.2頂部插入式安裝
使用在低壓力水箱、水池部位的導(dǎo)波雷達(dá)采用的是頂部直接式安裝，頂部直接式安裝的接口都是法蘭，對(duì)于導(dǎo)波雷達(dá)來(lái)講，其選型一般有兩種方式：一是法蘭型，二是螺紋型(需要配中心開(kāi)相應(yīng)螺紋孔的法蘭)。
3.2.1一般電廠除鹽水箱采取頂裝，兩種類型的導(dǎo)波雷達(dá)實(shí)際就是法蘭安裝，只需將導(dǎo)波雷達(dá)插入容器(容器上有相應(yīng)的法蘭接口)中，安裝好兩片法蘭就可以了；如果是敞開(kāi)的水池(輔機(jī)冷卻水水池)，則先要用角鋼制作一個(gè)支架(或用足夠大的鋼管)，再在支架上焊接一個(gè)相應(yīng)的法蘭，然后將導(dǎo)波雷達(dá)安裝在法蘭上面。
3.2.3容器的頂部法蘭的管咀，不同類型的導(dǎo)波雷達(dá)桿安裝時(shí)管咀有不同的要求：
a.7XF、7X1、7X2單桿式探頭管嘴直徑必須大于或等于50mm，且管嘴直徑與管嘴長(zhǎng)度之比要等于或大于1：1(型號(hào))
b、7XB、7X5、7X7雙桿式探頭管嘴直徑必須大于或等于80mm。(華能銅川工程沒(méi)有使用這種型號(hào))
4、量程參數(shù)設(shè)置
量程參數(shù)設(shè)置有三種方式：
4.1當(dāng)OFFSET為0時(shí)，所有的測(cè)量都是以天線的底端為參考點(diǎn)。所有的參數(shù)值都以天線底端做0點(diǎn)。

4.2當(dāng)OFFSET為10時(shí)，所有的測(cè)量和參數(shù)設(shè)定時(shí)的參考點(diǎn)既為容器的底部。如圖7所示。
4.3當(dāng)OFFSET為負(fù)值，所有的測(cè)量和參數(shù)設(shè)定時(shí)的參考點(diǎn)都為天線上距離天線底端為OFFSET值的點(diǎn)。
5、特點(diǎn)
5.1性能不受工藝條件的影響(如比重和介電參數(shù)的變化不會(huì)產(chǎn)生影響)，尤其在負(fù)壓工況下。例如：由于排污閥門關(guān)閉不嚴(yán)造成真空泄露(泄露量在允許范圍內(nèi))，很少量的真空泄露不會(huì)影響導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器測(cè)量的準(zhǔn)確性。
5.2快速拆裝萬(wàn)向接頭，方便在線維護(hù)。
5.3效驗(yàn)時(shí)無(wú)須改變液位，可進(jìn)行盲調(diào)。
5.4與常規(guī)差壓測(cè)量方法相比較，節(jié)省了大量?jī)x表管路，使儀表測(cè)量的滯后性大大降低。
5.5由于不需要安裝冷凝器，也減少了給冷凝器注水的麻煩。
5.6價(jià)格偏高。
6、測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝中的幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法
6.1當(dāng)采用多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器用于同一引出母管時(shí)，測(cè)量的信號(hào)不一致。
出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是在安裝多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器時(shí)，其標(biāo)高不統(tǒng)一所致。在安裝時(shí)，先檢查變送器測(cè)量筒上下中心距是否一致，如不一致，應(yīng)記錄其偏差值。然后以臺(tái)變送器為標(biāo)準(zhǔn)，用水準(zhǔn)儀測(cè)量其他變送器引出管的標(biāo)高，其偏差不要超過(guò)1mm。最后設(shè)置量程參數(shù)時(shí)，用偏差值進(jìn)行修正。
6.2出現(xiàn)亂碼
在運(yùn)行過(guò)程中，變送器不知什么原因出現(xiàn)幾次亂碼現(xiàn)象。熱啟動(dòng)后或?qū)㈦娫辞袛嗪笾匦鹿╇姡爽F(xiàn)象消失。經(jīng)與廠家現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員聯(lián)系，可能導(dǎo)致此現(xiàn)象的原因有兩點(diǎn)：此現(xiàn)象只出現(xiàn)在單表頭變送器，接線時(shí)必須將顯示表頭拆下，恢復(fù)時(shí)表頭沒(méi)有插緊所致。另一種原因是接線不牢固。我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有單表頭變送器進(jìn)行檢查，將表頭一一插緊，接線端子重新緊固后，亂碼現(xiàn)象再也沒(méi)有發(fā)生。
6.3測(cè)量示值偏差
在運(yùn)行過(guò)程中，導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器測(cè)量的示值與就地翻板水位計(jì)有偏差。因?yàn)槭谴瓮队茫瑧岩蓛?nèi)部液體比較臟，可能在水面上漂浮油層或存在泡沫現(xiàn)象(油層的介電常數(shù)比水的介電常數(shù)大)所致。后經(jīng)排污清洗，測(cè)量示值偏差現(xiàn)象消失。
傳感器探頭緊固連接部分松動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量示值偏差，其現(xiàn)象是就地液位計(jì)為零，而儀表有輸出值(1機(jī)組出現(xiàn)過(guò)類似故障)，大多數(shù)測(cè)量示值偏差現(xiàn)象都是設(shè)置不當(dāng)引起的。
6.4信號(hào)漂移
這中現(xiàn)象只發(fā)生在變送器未投運(yùn)之前，其原因是測(cè)量簡(jiǎn)體內(nèi)沒(méi)有液體，其向下傳導(dǎo)的電磁波沒(méi)有對(duì)象而產(chǎn)生的一種雜波，我們姑且稱之為雜波現(xiàn)象。