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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

来源: 中海壳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,環境汙染問題也日益嚴重,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汙水的收集和暫存作用,其液位測量的准確性直接影響環保成果。爲此,文章對廢水池液位測量展開討論。

 
1 工作原理
雷達液位計,采用发射 - 反射 - 接收的工作模式。由雷达天线发射出电磁波,经被测对象表面反射后,再被雷达天线接收。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离;C—光速;T—电磁波运行时间 
 
2 雷達液位計的特点
雷達液位計采用的是一体化设计,没有可动部件,无机械磨损,具有使用寿命长等优点。雷達液位計发出的雷达波能够穿过真空,不需要传输媒介,雷達液位計的测量不受蒸汽、大气以及挥发性介质的影响,可以用在具有挥发性介质如粗苯等液位的测量,适用于绝大多数液位的测量。
 
导电的介质甚至是微导电的介质都能够反射足够的电磁波信号。对于非导电的介质,当介电常数大于 1.5 时,就能反射足够的雷达波被液位计检测到,介电常数越大的介质,雷达反射波信号也越强。
 
雷達液位計为非接触式仪表,不受罐内介质的密度、浓度等物理特性的影响。测量范围广,非常大可以达到 35 m,也可以用在具有高温、高压等环境的液位测量。雷達液位計的关键部分如天线等采用高质量的材料,具有很强的抗腐蚀能力,所以可以用于强腐蚀性环境中。
 
雷達液位計具有根据用户输入的仪表参数,自动地识别出虚假回波的功能,可以通过软件、手操器或简易操作键等排除这些干扰波。雷達液位計可用自带的简易操作键在液位计上的进行大部分参数设定,也可以根据液位计的型号,使用相应的FF 或 HART 协议的通讯器,远程或者在本地进行通讯设定,操作方便快捷[1]。
 
3 影响雷達液位計测量的因素
3.1 环境温度的影响
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並附著在天線表面,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 蒸汽的影响
廢水池一般爲地下罐,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,並且會出現小液滴形成、彙集、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後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。
 
另外当雷达天线上汇集大量的水滴时,天线上液滴的回波也会产生雷达反射波,当反射波反射的回波强度超过实际液位的回波时,雷達液位計误认为天线表面的冷凝水即为实际液面,产生虚假信号。
 
3.3 液体的湍动和气泡的影响
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,並且會有大量氣泡産生。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 雷達液位計安装注意事项
雷達液位計测量的准确性,关键取决于实际液位反射波的信号强弱。如果所选仪表的安装位置,雷达天线无法接收到被测液面反射的雷达波,或在雷达波的范围内有强干扰并能够反射足够强的干扰波给雷達液位計,雷達液位計都无法有效的反映实际液位。因此,选择合理的安装位置,是雷達液位計能否测量准确的关键所在[2]。
 
4.1 雷達液位計在地下罐等容器内安装注意事项
液位计安装时应尽可能避开进料口、搅拌器、搅拌阀等干扰源,同时要注意避开槽壁的黏附物和阶梯等固定物,以提高信号的可信度,雷達液位計安装位置距离槽壁、罐璧应不小于30 cm,避免将内壁上的回波信号误做真实液面的回波信号;雷達液位計安装时要注意在螺母或法兰上的安装标记,安装标记用于对准天线位置,要确保雷達液位計安装时标记要指向非常近侧罐壁;雷达天线应垂直于被测介质的表面平行于测量槽壁安装,这样有利于雷达波的传播。无法保证竖直安装的喇叭天线,其非常大有效测量范围可能会被减小;喇叭天线要注意应伸出液位计的安装短管,以便提高测量精度;对于喇叭型雷達液位計,喇叭口的安装要注意大于安装孔的内表面 10 mm;而棒式液位计在安装时要注意,天线一定要伸出安装孔,并且安装孔的长度不能超过 100 mm。
 
当液位计用于测量椭圆型或圆型的容器液位时,液位计应装在距离中心为 1/2R(R 为容器半径 ) 的位置上,务必注意不要安装在容器顶的中心处,当雷达安装在容器顶部中心处时雷达波易在容器壁形成多重反射后,非常后雷达波汇集于容器顶的中心处,形成很强的干扰波,影响雷達液位計的准确测量。
 
4.2 在导波管中安装注意事项
天線安裝位置上的校准標記要確保對准引流槽;安裝完成後,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。
 
导波管必须使用金属管,可以是平行或无缝焊接的不锈钢管,导波管不可以使用搪瓷涂层;管径要均匀,且内壁要始终光滑,当导波管需要延长时,可以通过焊接法兰或套管的方式实现,但是连接处不得有超过 1 mm 的缝隙;导波管两侧如果需要开孔,开孔的位置要对称,并且夹角为 180°;
 
当需要引流槽时,其非常大孔径和非常大宽度为管径的 1/10,开孔的位置需要去除毛刺,开孔数量和长度对测量无影响;
 
4.3 旁通管中安装注意事项
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准標記要垂直于罐體連接管。
 
旁通管必须使用金属管,不能有搪瓷涂层或者塑料;管径要均匀,且内壁要始终光滑;旁通管的任何过渡段不得有超过1 mm的缝隙;在罐体连接管±20 cm处,测量精度会有所降低。选择口径尽可能大的喇叭天线。
 
4.4 判断安装是否合适
雷達液位計安装完毕以后,可以使用安装有通讯软件的PC 机查看液位计的回波曲线图,用以判断安装是否合适,如不合适,则需要进一步调整液位计的安装位置,直到液位计能产生满意的回波曲线图,此时液位计显示屏上显示的液位应与实际液位一致。
 
5 雷達液位計的参数组态
5.1 雷達液位計可根据需要选择需要的语言
5.2 雷達液位計参数设置
雷達安裝完畢,接線完成後,需要輸入如下參數:距離單位、容器類型、測量介質、空標、滿標,然後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 案例经过
某日岗位内操反应,在工艺正常生产过程中,废水池液位LT-01 示值由 20% 直接跳到 100%,并且触发联锁停泵。
 
6.2 处理过程
(1) 检查工艺无异常操作,联锁前无异常进料、出料情况。
(2) 检查雷達液位計参数设置正常,均按照规格书设置。
(3) 检查雷達液位計安装符合要求,罐内无搅拌器。(4) 经检查雷达本身正常,但在非常高液位处有极强的回波信号。拆开发现喇叭口处凝结了大量水珠。使用干净的碎布轻轻的擦拭天线表面后回装,投用正常。
 
6.3 原因分析
LT-01 测量废水池 1# 液位,设计介质为雨水和冲洗水,操作温度 40℃。但实际操作中排入了大量蒸汽凝液,高温蒸汽升腾至天线,遇冷凝结成大量水珠附着在喇叭口边缘。当其反射的回波强度超过实际液位的回波时,雷達液位計误认为天线表面的冷凝水即为实际液面,产生虚假信号。废水池液位 LT-01历史趋势如图 1 所示。
废水池液位LT-01历史趋势
6.4 处理建议
(1) 经与工艺沟通,现有工况无法改变,走 MOC 重新选型,更换为抗冷凝的雷達液位計;(2) 在更换新表前定期清洁雷達液位計天线,保证仪表可靠性。
 
6.5 雷達液位計的选型建议
雷達液位計仪表选型应充分考虑各方面影响仪表测量的因素,如设备结构、安装位置、介质特性,特别是用于测量挥发性和易结晶的物体液位时,应充分考虑挥发性介质附着在天线上产生的影响。针对不同工况特点,适当选择带有抗冷凝、反吹或反冲洗功能类型仪表[3]。
 
7 结语
废水池液位因其被测介质及其环境的特殊性,所以选用雷達液位計能够保证液位测量的准确性,同时应根据介质的特性,选用合适的型号,是仪表长周期稳定运行的有力保证。希望通过本文的讨论,使读者对雷達液位計测量废水池液位有一个更加深入的了解,并提供一些雷達液位計的故障处理和日常维护方面的经验
 
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