雷達液位計在漿液槽液位測量中的設計探討

（中國電子系統工程第四建設有限公司，石家莊 050051）

在納米碳酸鈣生產過程中，涉及到多個漿液槽設備，其作用主要是起對漿液進行調制、攪拌均勻等功能。漿液槽的主要設備包括槽體、進料管、放料管和攪拌器。介質為氫氧化鈣石灰乳漿液或碳酸鈣沉淀物[1]漿液，均為固液混合物。

在某超細碳酸鈣生產設計項目中，生產設備涉及氫氧化鈣石灰乳漿液的粗漿池槽、精漿槽、調濃槽、渣液槽等共計44臺。按照工藝包要求需要對氫氧化鈣石灰乳漿液槽液位進行測量，但因為氫氧化鈣石灰乳漿液、碳酸鈣漿液介質的性質及設備的條件，在進行液位計選型中存在以下問題：

1 設計中存在的問題及原因分析

1.1 漿液槽測量介質為氫氧化鈣石灰乳漿液或碳酸鈣漿液

石灰乳的水溶液常稱為石灰水（量大時形成石灰乳或石灰漿），呈堿性，碳酸鈣漿液是包含水、酸性分散劑體系和碳酸鈣的混合物。介質狀態均為固、液混合體，常溫常壓下，且存在一定黏稠物，容易產生碳酸鈣沉淀物。

1.2 漿液槽設備上有物料進、出管口和攪拌器

液位測量存在以下特點：時間長容易存在附著、碳酸鈣物質沉淀。為防止漿料沉積、介質濃度調整、漿液槽進行攪拌時，攪拌使得液面震蕩，產生泡沫和漩渦。

所以在漿液槽液位計選型過程中，磁翻板液位計、差壓式液位計等接觸式液位計因介質沉底、附著等原因造成儀表故障、測量不準確，維護維修量大，不合理且不經濟，導致無法滿足液位測量的要求，容易引發因漿液槽溢槽、空槽和攪拌空轉而造成的危 險。

2 液位計選型比較

結合上述工況及介質情況，分析相關原因，比較了非接觸式液位計（雷達液位計與超聲波液位計），超聲波液位計因生產過程中，在攪拌運行的狀態下存在氣泡，存在檢測不到液位的情況，無法采用。故設計采用雷達液位計測量漿液槽的液位，通過對雷達液位計的了解，發現雷達液位計使用上有以下優點：

（1）采用非接觸式雷達液位計，無磨損，無污染，便于安裝。

（2）不受空氣中水蒸氣、溫度和壓力變化影響。

（3）信號4～20 mA 疊加HART 協議電流信號輸出，保證輸出的精確性。

（4）精度高，精度為≤±1% F·S；分辨率可達1 mm。

（5）發射波束角小，能量集中，且具有回波增強能力，同時有利于避開干擾物；又有抗回波干擾抑制功能。

（6）不受介質密度、狀態和溫度的變化而變化。

（7）方便與監控操作系統相連接。具有智能化數據處理能力。

故設計選用雷達液位計對漿液槽的液位進行檢測。

3 液位檢測原理及技術標準

3.1 雷達液位計的測量原理

雷達液位計是根據微波在發射—反射—接收這一過程中的時間行程或頻率差來進行測量的[2]。雷達液位計安裝處的天線發射出電磁波，電磁波經被測對象液面反射后，反射波被同一天線接收[3]。

由電磁波在空氣中的傳輸速度為常數，從發射到接收的時間與液位計到液面的距離成正比，關系式為：

D=CT/2

式中D——雷達液位計到液面的距離；

C——電磁波的傳播速度；

T——電磁波運行時間。

雷達液位計測量原理如圖1所示。

圖1 雷達液位計測量原理Fig.1 Measurement principle of radar level gauge

通過圖1可算出液面到雷達天線的距離，即儀表探頭到界面距D，因空槽間距E已知，通過公式：

L=E-D

可知液位的界面的實際高度L。進而得到漿液槽液面的液位。

雷達液位計的技術參數：

供電電壓：DC24 V

功耗：5 W

測量精度：≤±1% F·S

傳感器防護等級：IP65

輸出信號：4～20 mA DC

4 應用、效果及注意事項

在項目中安裝的44臺漿液槽采用雷達液位計，在實際應用中，存在一些問題，使用方將問題進行了反饋：液位計液位顯示存在異常和一些液位誤報警的情況。經過現場實際情況查看，分析相關的原因：

（1）因液位計安裝在漿液槽頂部現場開孔，安裝的5臺液位計固定不夠牢固，在攪拌運行中存在震動，造成液位計抖動，信號不穩定，液位信號忽上忽下，讀數不準確；

（2）3臺液位計安裝靠近進料口，在物料進料過程中，液位測量的實際液位為物料進料口的液位，而引起高液位報警，造成漿液槽保護聯鎖反應；

（3）部分液位及在運行過程存在假信號，經過分析，是因為在漿液槽攪拌過程，因漿液物料的旋轉，造成液面存在一定的傾斜角度；在進料過程中，因為進料口較高，進料引起的液面波動較大；液面較低時，測量液位顯示為攪拌轉動，是因為雷達波經過攪拌器的波形反射而引起的液位假信號。

綜合以上原因，對雷達液位計安裝松動，不牢固處進行加固，保證液位計的平穩運行；對距離設備進、出料口較近（安裝距離為150～200 mm）的液位計，重新在漿液槽上部蓋板合適位置上開孔，重新安裝液位計，保證液位計位于進、出料口的對面或者距離≥500 mm。對存在假信號的液位計，調整液位計的濾波模塊，及其液位計電磁波的發射角度，過濾因為液面波動，傾斜和攪拌轉動帶來的散射擾動信號，保證正常液位信號，從而保證液位計的測量精度和準確性。

經過對一些液位計的位置、信號和狀態調整，全部44臺雷達液位計均能夠有效檢測粗漿池槽、精漿槽、調濃槽、渣液槽液位，并將液位信號以4～20 mA 形式輸出，傳輸至控制室的DCS 操作系統，實時顯示各種漿液槽液位，為工藝的連續化生產提供可靠的操作參數。保證各個漿液槽液位的平穩、可控以及有效操作，防止了各漿液槽的液位過高引起的溢槽、機泵聯鎖反應，同時也預防了漿液槽液位過低引起的攪拌空轉等相應事故。提高了裝置運行的可靠性和安全性。

為保證雷達液位計使用效果，實際應用中有以下幾個事項需要引起注意：

① 在雷達安裝時，遠離進、出料口，遠離振動及可造成機械損傷之處。外殼可靠接地，安裝區域有避雷裝置。

② 液位計垂直安裝，并與槽壁保證至少300 mm的間距，避開攪拌器等干擾源。

③ 雷達液位計主要由電子元件和天線構成，無可動部件，使用中偶爾遇到的問題是，貯槽中有些易揮發的有機物會在雷達液位計的喇叭口或天線上結晶，對它們只要定期檢查和清理即可，維護量少。

④ 液位計的連接電纜敷設時遠離大功率電源、射頻信號源等干擾源。

5 結束語

采用雷達液位計測量漿液槽液位，經過近幾年的運行，能夠準確測量出漿液槽的液位，保證了工藝生產操作的連續運行，提高該行業連續生產的自動化水平。同時在使用雷達液位計測量漿液槽的液位界面時，也解決漿液槽溢槽、液位高低不均，產品質量不一的問題，還解決了漿液槽出現空槽、設備空轉等的安全問題；所以通過雷達液位計使用，提高了工藝生產水平和設備運行的安全性。在使用的同時也應注意液位計的定期檢驗，定期清理液位計天線附近的附著物，保證液位計安全有效運行。