导波雷达（精选3篇）
导波雷达 篇1
1 引言
罗斯蒙特PRO系列雷达液位计前身为瑞士SAAB, 后被罗斯蒙特收购, 1999年进入国内市场, 2002年以前, 国内石化行业所采用的雷达液位计约99%为SAAB雷达。罗斯蒙特Tank Radar Pro系列为10GHz调频连续波雷达物位, 计适用于储罐的非接触液位、物位测量, 其中PRO型导波管阵列天线液位计为有导波管储罐的专用液位计。
2 测量原理
液位计的天线发射的雷达信号测量储罐内介质的液位 (或物位) 。在雷达信号被液面反射后, 回波被天线接收。由于信号频率不断变化, 与发射的信号相比, 回波的频率稍微有所不同。频率的差异与液面的距离成比例, 因此可以精确计算液位。这种方法被称为FMCW (调频连续波) , 并用于部分高性能雷达液位计。
3 导波管阵列天线
导波管专用的阵列天线, 安装导波管内, 测量精度可以达到±3mm。液位计采用获得专利的独特低损耗模式 (LOW LOSS MODE) , 雷达波聚集集中在导波管中心。这样可避免因导波管内壁生锈和被测介质附着在导波管上所导致的测量精度降低。
4 仪表现场参数组态修改
为了让罗斯蒙特PRO雷达液位计能够准确测量液位 (或物位) , 必须对各重要参数进行正确组态。
4.1 主菜单选项
(1) View (视图) 选项, 显示液位计测量液位高度和其他测量数据。
(2) Service (服务) 选项, 可进行查找错误、报警信息, 恢复出厂设置, 进行液面回波搜索。
(3) Setup (设置) 选项, 对液位计参数进行组态。
(4) Display Panel (显示板) 选项, 设置面板显示参数, 如:测量值单位、语言等。为方面人员维护, 不建议设置用户口令。
4.2 按键
显示屏下部的四个按键的功能随打开窗口的不同而改变。使用箭头键上下移动光标、更改输入数值, 进入下一级窗口, 标记、保存当前设置等。
4.3 对罗斯蒙特PRO雷达液位计进行现场组态
从主菜单中选择Setup (设置) 进行组态。
4.3.1 引导设置
Guided Setup (引导设置) 该选项引导仪表安装维护人员以预定义顺对液位计重要参数逐个组态。由于使用导波管阵列天线雷达液位计时需要设置导波管直径, 而引导设置中无该选项设置, 会造成测量误差, 故不推荐使用引导设置。
4.3.2 自定义设置
使用Custom Setup (自定义设置) 对雷达液位计重要参数进行组态 (每项菜单中的选项用光标选择后必须按Mark标记并Save后才能生效) :
从Main Menu (主菜单) 中的Setup (设置) , 中选择Custom (自定义) 按下Next, 选择Start Radar选项。
(1) 从Start Radar (启动雷达) 菜单中选择Antenna Type (天线类型) 选项。可用的天线类型有:F型 (固定型) 和P型 (铰链盖型) , 由于我们使用的为固定型导波管阵天线所以选择F型。
(2) Pipe diameter (导波管径) 该数据为导波管直径, 单位为m (米) , 该项为导波管阵天线雷达液位计必填项, 若数值填错将严重影响测量的准确性。
(3) Tank Environment (储罐环境) 一般有四种选项:1) Rapid Changes (快速变化) ;2) Turbulent (混乱的) ;3) Foam (泡沫) ;4) Solid (固体) , 根据具体的存储介质情况来进行选择, 若为平静液面则选择第1) 项。
(4) Product DC (介电常数) , 被测介质的介电常数决定反射雷达信号的效果, 石油、烃类介质选择unknown, 不会影响测量结果。
(5) Start Code (启动代码) 选项。通过选择Save确认您所选择的启动代码。液位计与启动代码配套供应, 启动代码可激活订购的软件选项。
(6) 按Back返回到Custom Setup菜单。
4.4 从Custom Setup菜单中选择Geometry (几何尺寸) 选项
(1) Tank Type (储罐类型) 根据现场罐体形状进行选择。
(2) Tank Height (储罐高度) 为上部参考点 (阵列天线的高度) 与零液位之间的距离。
(3) Bottom Type (底部类型) 根据现场罐底形状进行选择。
(4) Calibration Distance (标定距离) 默认值设置为零。标定距离用于调整液位计, 使测量液位与手工检尺测量的产品液位匹配。通常情况下, 只需要进行微调。
从Custom Setup (自定义设置) 中选择False Echo (伪回波) 。在正常运行情况下, 液位计将检测的回波与记录的干扰回波清单进行对比以确定真实的表面回波。若要查看液位计已检测到的回波清单, 可选择Tank Echoes (储罐回波) 。
4.5 按照下列步骤可记录干扰回波
(1) 将光标移动到您想添加到清单的回波, 选择Edit (编辑) 后将光标移动到Add to list (添加到清单) 并点击Mark (标记) , 点击Save将做标记的回波记录到清单中。
(2) 使用Set as surface (设置为表面) , 可将回波定义为被测介质表面。如果想手工添加回波, 可在Add new false (添加新伪回波) 选项上做上标记。若存在低于被测介质表面的干扰或者在安装时不能被液位计检测的已知干扰时, 该选项相当有用。
(3) 点击CNCL (取消) 返回到False Echo (伪回波) 菜单。为了浏览记录的当前干扰回波清单, 可选择Reg.False Echoes (记录的干扰回波) 。
将光标移动到您想清除的回波。点击Edit, 选择Remove echo (清除回波) 并点击Mark。点击Save以清除选定的回波。
以上内容为导波管阵天线雷达液位计日常安装和维护过程中现场参数组态修改方法介绍。
5 结束语
导波管阵天线雷达液位计不受工艺复杂条件的限制, 如低介电常数和变介电常数 (会影响射频导纳式液位计工作) 、变介质密度 (影响浮筒和压力/差压式液位计工作) 、气化、泡沫/液面波动 (影响超声波液位计工作) 等的影响, 成为了一种越来越广泛应用的液位计, 在石油、化工、医药、食品等过程工业领域有着广阔的前景。
参考文献
[1]西部管道新疆输油分公司.罗斯蒙特PRO型雷达液位计操作维护规程[Z].
[2]罗斯蒙特SAAB PRO雷达液位计选型中文样本[Z].
导波雷达 篇2
凝汽器热井的作用是聚集凝结水，以保证凝结水泵的正常运行。热井储存一定量的凝结水，保证甩负荷时凝结水泵不会马上断水。一般热井的水位应保持在水井的1/3-2/3之间。凝汽器水位过高，则会淹没部分凝汽器管束，汽轮机排汽凝结的空间减小，换热空间减小，会使排汽温度升高，真空下降，机组的经济性下降。如果水位过低，凝结水泵耗电较少，但容易使水泵产生汽化，对叶轮损坏严重，运行时会使水泵产生一定的振动及出口压力摆动现象。无论发生上述哪种异常工况都会直接影响到机组的安全性和经济性。因此，通常采用调节化学补给水调节阀开度的方式来控制凝汽器水位，当水位上升时，关小补水调门;反之则开大调门补水。所以，凝汽器水位测量信号作为被调量，务必准确地引入凝汽器水位自动调节系统，以保证自动调节系统正确、快速地进行调节，维持凝汽器水位在允许工作范围内[1]。可见，凝汽器水位信号测量不准确会严重影响机组的安全运行。
1 存在的问题
梅县电厂#5、#6机超高压、中间再热、双缸双排汽、单轴、冲动凝汽式机组，与WX21Z-073LLT型空冷发电机及SG-440/13.7-M566循环流化床锅炉配套。
梅县电厂凝汽器水位测量采用的是就地翻板式水位计以及远传水位计。远传水位计采用的是差压变送器，通过测量液柱重量的方式反映液位。整套装置包括取样一次阀、平衡容器、引压管、平衡阀、排污阀和差压变送器。由于取样系统复杂，容易发生泄漏或堵塞现象，因此，用测微差压的方式间接反映水位很不可靠。归纳起来，差压式水位测量有以下缺点：
(1)取样系统复杂，连接管路长，阀门较多，系统易堵塞或泄漏;
(2)任何轻微泄漏，都将严重影响水位测量，对于真空系统，轻微的泄漏往往不易被察觉;
(3)调试投用麻烦，须在引压管中注满水或等水蒸气凝结充满引压管后才能投用变送器，运行人员须有专人不时到就地监视翻板式水位计水位;
(4)由于取样系统复杂会导致测量的综合误差大。
查阅从2005-2008年梅县电厂5号机和6号机有关凝汽器水位的设备台帐,发现出现的缺陷一共有15次,现象表现为DCS上显示的水位与就地翻板式水位计偏差大,且DCS上凝汽器水位波动大，导致凝汽器水位自动调节不能投运，运行人员需要不时地到就地查看凝汽器水位。其原因有两种：一是变送器正压管没有凝结满水，二是变送器、平衡阀、一次阀接头处连接不牢固。其中5号机有一次检查了三天时间,最后才发现是由变送器汽侧一次门盘根较松、不够紧固引起的。
2 原因分析
凝汽器水位变送器的安装设计以凝汽器底部水侧取样管为负压侧，以汽侧取样管为正压侧，如图1所示。使用这种方法测量，在变送器运行初期，由于正压侧没有凝满水，变送器两端差压不能反映凝汽器水位的变化;在变送器正压侧凝满水后，只要正压侧没有泄漏点，就能保证变送器差压信号能正确反映凝汽器水位的变化。所以，使用这种测量方法存在以下弊端：首先在于每次变送器检修后都有一段时间不能正常使用;其次，由于凝汽器内为真空，如果正压侧有泄漏很难被发现，会导致变送器正压侧总是不能凝满水，从而严重影响凝汽器水位测量的正确性。
为了在变送器运行初期所测差压能够正确反映水位的变化，后来我们在变送器的正压侧加装了一个注水口[2](如图2所示)，水源取自凝结泵母管出口，目的是在凝汽器建立真空前，往变送器的正压侧注满水，然后关闭注水阀。这样如果注水阀不内漏且凝汽器的正压管路上没有其它泄漏点，凝汽器建立真空后，正压侧的水不会因真空而被吸回凝汽器内部，解决了在差压变送器投运初期正压侧不能凝满水的问题。但因为增加了注水口，同时也增加了泄漏点存在的可能，看似能解决在变送器投运初期正压侧不能凝满水的问题，但同时增加了正压侧泄漏的可能性，通过实际应用发现，还是不能避免凝汽器水位差压变送器正压侧泄漏的问题。
3 解决方法
3.1 设备选型
为解决差压水位变送器在使用中出现的水位测量失准难以克服的问题，通过咨询专业人员和讨论比较，决定采用罗斯蒙特3300系列导波雷达液位变送器对凝汽器水位测量方式进行改造。
导波雷达液位变送器的设计基于时域反射原理。它主要由发射和接收装置、信号处理器、天线、操作面板、显示、故障报警等几部分组成。高频微波脉冲接入到电缆或导杆式探头中以光速沿其传播，由于待测介质的介电常数大于空气的介电常数(约为1)，脉冲波在待测介质表面发生反射，回波信号被电子微处理器接收，进行分析并借助软件将其转换为以4～20mA的模拟量表示的实时液位信息。
式中h为料位;H为槽高;v为雷达波速度;t为雷达波接收的时间间隔。
介质的介电常数越高，反射越显著。沿导体传输的微波以光的速度在介质中传输，因此，与超声波相比，发射或反射波能量无任何衰减，比其它声波、电磁波强得多，泡沫、粉末、蒸汽等外界干扰对其测量无影响，同时也不受容器形状的影响，介电常数偏离也不会影响物位测量。
其优点包括：(1)安装简单，无活动部件;(2)系统简单，仅需一次阀和平衡容器;(3)调试投用方便，装好后可无条件投入;(4)测量精度高，精度≤±0.1%测量值;(5)重复性好，±1mm;(6)免维护;(7)智能化高，带HART协议，通过PC软件或HART手操器进行调试;(8)测量不受真空影响;(9)测量不受蒸汽和泡沫的影响;(10)测量不受环境温度和压力变化的影响。
3.2 安装调试
导波雷达液位计既然在真空状态下也可进行测量，所以将其应用于凝汽器水位的测量是可行的。安装示意如图3所示。利用机组停运机会，关闭凝汽器水位变送器正负压侧一次阀，锯掉原有的取样管，拆除原来的差压变送器。从正负压侧一次阀后直接与对应的导波雷达变送器筒体的旁通管焊接，雷达液位计通过法兰、垫圈等与旁通管紧密连接，位于旁通管底部的排污门可排出水中的杂质、沉积物等，保证天线的正常工作。安装完成后，用HART 375通讯器与变送器连接，可以轻松地设置好凝汽器水位零位、量程及对应4-20mA输出，其他参数出厂时已经设置好，不用再设置。
在安装时应注意以下几点：
(1)雷达液位计天线的轴线必须与液位反射表面垂直，保证液面将电磁脉冲波反射回天线;
(2)雷达液位计的安装位置距罐壁距离应大于300mm，探头的末端固定到罐底，或使其居中，以免将罐壁上的虚假信号误作为回波信号;
(3)安装完毕以后，可用PC软件观察反射波曲线图，判断液位计安装是否恰当，降低干扰波的强度，有效去除干扰波的影响。
3.3 日常维护
导波雷达液位计采用一体化设计，无可动部件，不易泄漏，因而维护量少。通常只在机组检修后再次启动时，由于测量管路中可能会有杂质、污物，需打开排污门排出杂质即可。
导波雷达液位计基于电磁脉冲波沿着天线传输的时域反射原理，电磁脉冲波以光速发射，从介质表面被反射并返回到信号转换器，因为光速是一常数，并且与罐内气体成分无关，因此无需标定。
在日常维护中，可以用PC机远程观察反射波曲线图，对于其后可能新产生的干扰波，可以利用液位计识别虚假波的功能，除去这些干扰反射波的影响，保证测量的准确性。
4 结束语
从近两年的应用情况来看，利用导波雷达液位计来测量凝汽器水位相当准确、稳定，没有再出现过水位波动大的缺陷，较好地解决了原来存在的问题。虽然导波雷达变送器比较贵，是差压变送器的四倍左右，但从系统设备运行稳定性、可靠性、日常维护量以及凝汽器水位自动调节的投入等方面考虑，采用导波雷达变送器还是值得的。
参考文献
[1]DL/T774-2004.中华人民共和国电力行业标准.热工自动化系统检修运行维护规程[S].北京:中国电力出版社,2005.
导波雷达 篇3
苯乙烯的生产过程具有高真空及易聚合等特点,为此,陕西延长石油( 集团) 有限责任公司延安炼油厂苯乙烯装置在储罐及塔器等液位测量的设计中,大量采用导波雷达液位计来实现相关液位的较准确测量。但是,导波雷达液位计在苯乙烯装置使用中存在一些问题,笔者在仔细分析原因之后,有针对性地提出了解决办法。
1导波雷达液位计的工作原理
雷达液位计采用时域反射原理( Time Domain Reflectometry,TDR) ,电磁脉冲以光速沿钢缆或导波杆( 缆) 传播,当遇到被测介质表面时,部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置,发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比,进一步计算发射脉冲和回波脉冲的时差就能得到发射电路到该介质接触点的距离[2,3]。行程时间原理( TOF) : 发射出一个机械波或电磁波,该波以波速C进行传播,波在介质表面被反射,接收反射波,测量运行时间T, 计算接收中心与反射表面的距离D = T × C /2。
导波雷达液位计采用TDR原理与等效时间采样( Equivalent Time Sampling,ETS) 技术,测量发射与反射脉冲之间的时间差,通过等效时间采样技术将纳秒级的传导时间放大为毫秒级,采用优化的识别算法进行处理,对虚假回波进行有效抑制和屏蔽,从而达到精确测量的目的。
2导波雷达液位计的优缺点
常见的回波法液位仪表有: 超声波物位计、非接触雷达及导波雷达等。
超声波是机械波,机械波在传播过程中会受到传播介质稳定程度的影响。引起空气波动的因素很多,如粉尘、气浪、蒸汽及料流等,同时会降低回波质量,致使液位计很难识别出有效回波,直接影响测量效果。超声波在现场应用时要考虑被测介质的空间状态和表面状态,当粉尘及气浪等现象严重时,建议用低频超声波物位计。
Radar一词来源于无线电探测和测距( Radio Detection and Ranging) ,因非接触式雷达物位计发射和接收的是电磁波,相比超声波液位计有诸多优点,即精度高且使用范围广等,而且发射与接收均不与测量介质接触; 高频电磁波易于长距离传输,可测量大量程; 测量不受液面上部空间气相条件变化的影响。雷达液位计发射和接收高频 ( GHz) 电磁波,通过计算发射波和回波时间进行液位测量,与超声波液位计相比优点突出: 超声波液位计声纳所发出的声波是一种通过大气传播的机械波,大气成分会引起声速的变化,如液体蒸发汽化会改变声波的传播速度,从而引起超声波液位测量的误差,电磁波可在气体介质中传播,并且气体的波动变化不影响电磁波的传播速度,故雷达液位计就有了更加广泛的应用空间。
导波雷达液位计则弥补了雷达测量液位中的缺陷,雷达液位计 + 导波杆( 缆) = 导波雷达液位计,导波雷达液位计多了一个能定向集中传输电磁波的导波体,为信号至液面往返传输提供了一条高效通道,导波雷达输出到探头的信号能量非常小,约为常规雷达发射能量( 1. 0MW) 的10% ( 约0. 1MW)[4],信号衰减保持在最小程度,因而不能用于测量介电常数很低( 小于1. 4) 的液体。 此外由于导波雷达耗能小,采用回路供电而不是单独的交流供电,从而节省了安装费用。普通雷达为非接触式测量,导波雷达为接触式测量,这样就意味着导波雷达更需要考虑介质的腐蚀性和粘附性,而且过长的导波雷达缆绳安装和维护相对困难。测量固体物料时,导波雷达还要考虑导波杆( 缆) 的受力情况,也是由于受力的原因一般用导波雷达的测量距离不会很长。在一些特殊工况导波雷达有明显优势,如罐内有搅拌且介质波动大的工况,用底部固定的导波雷达测量要比变通雷达稳定; 还有小罐体内的物位测量,由于安装测量空间小( 或罐内干扰物较多)[5],一般普通雷达不适用,这时导波雷达的优势就显现出来了; 还有低介电常数的工况,无论雷达还是导波雷达测量原理都是基于介质介电常数的差别,由于普通雷达发射的波是发散的,当介质介电常数过低时,信号太弱测量不稳定,而导波雷达波是沿导波杆 ( 缆) 传播信号的,因而相对稳定; 另外一般的导波雷达还有底部探测功能,导波雷达液位计可以根据底部回波信号修正测量结果,使信号更为稳定准确。
3应用实例
在导波雷达的应用中,最好能通过专门的组态软件完成组态和分析,比如E + H的Field Care或Rosemount的Radar Master,通过分析回波曲线,能够直观检查雷达液位计的工作状况。
3.1安装
陕西延长石油( 集团) 有限责任公司延安炼油厂苯乙烯装置污油罐上安装导波雷达液位计后,一直存在液位波动大的问题。起初排查问题的焦点一直在参数的设置上,可是多次调整相关参数而问题仍未得到彻底解决。通过观察该雷达的回波曲线,发现雷达液位计导波杆( 缆) 末端有强烈的正向回波信号,如图1所示,并且在安装法兰侧存在异常的参考回波,经分析这就是导致导波雷达液位计不能正常工作的原因。
问题找到后,对该仪表的安装短管进行了扩径,由原来的DN40mm改为DN80mm,异常参考回波信号消失。对于底部异常正向回波,是因为导波雷达液位计末端与容器内伴热盘管相接触, 产生了信号接地,致使雷达波与容器存在信号短路,从而产生强烈的正向回波,在与工艺确认后, 将导波雷达液位计的导波杆( 缆) 截短,调试投运后的回波曲线如图2所示,回波曲线达到理想状况,罐体液位指示准确。
3.2杂波干扰的处理
导波雷达液位计接收到的信号有些是容器内障碍物或多次回波产生的杂波,这些杂波信号也会随着液位的变化而变化,从而产生虚假液位,如图3所示。
这些干扰或杂波信号可以通过干扰波信号阈值进行剔除,适当调整回波阈值,将回波阈值抬升至实际液位回波信号强度的一半左右,以消除和屏蔽杂波干扰,保证真实液位信号能够被识别出来,如图4所示。
3.3底部回波算法的原理与应用
电磁波在穿越空气和液体时,其传播速度会发生变化,这就使得在回波曲线图中看到的导波杆( 缆) 的末端长度会比实际长度要长,即存在末端偏移量( End of Probe-shift,EOP-shift) ,如图5所示。利用这一现象,即使回波信号很微弱,物位L也可通过末端回波信号 ( EOP-signal) 的计算得到,使导波雷达的应用更加广泛[6]。在EOP-shift和物位之间存在如下关系:
其中末端回波斜率EOP-slope( End of Probeslop) 是一个与介质介电常数 ε 有关的量 ( ε = ( EOP-slope + 1)2) 。若物位信号和EOP-signal可以被检测到,那么EOP-slope就可以不间断地重复计算,当回波消失时物位就可以通过式( 1) 计算得到。
导波雷达液位计常被应用于低介电常数场合 ( 如液化气) ,低介电常数介质产生的回波信号也比较弱,在存在杂波和干扰波的信号中检出正确的液位回波就要困难些,应用基础的回波定位法测量液位[7]有时就难以实现,通过改变回波阈值也起不到作用,此时就可以考虑应用底部回波算法来解决。如图6所示,箭头所指为真实液位的回波,导波雷达液位计很难从回波中找到真实液位,液位曲线呈跳变状态,测量无法进行,在应用底部回波算法后,该问题迎刃而解,底部回波算法使导波雷达具有了一种冗余测量物位的方法,达到了高度的可靠性和安全性。
4结束语
尽管导波雷达液位计具有较强的信号处理和分辨功能,能从大量的杂散波中分辨出真实的液位信号,但当用于复杂安装环境时( 如设备内存在构件、泡沫和粉尘) ,对其实际工作性能会有影响,因此在安装时需特别注意。对导波雷达波形识别算法的改进和优化,使得导波雷达液位计在工业生产中发挥了重要的作用。
摘要：通过分析导波雷达液位计在苯乙烯装置使用中存在的问题,有针对性地提出了解决办法。