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油库雷达液位计设计选型 液位计是如何工作的

时间:2020-08-19    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

 目前国内外用于贸易交接计量的储罐液位自动计量系统通常是混合式油罐测量系统(H T M S,hy brid t a n kmeasurement system)。HTMS中*常用的就是雷达液位计。雷达液位计没有活动部件,没有机械磨损,实际使用中发现工作时间一般都能达到10年,不污染环境,安装方便。当储罐内介质比较粘稠、腐蚀性强时,非常适用。雷达液位计的精度高,工作温度范围宽,*大工作压力可达4MPa,测量范围为0~40m。通过采用不同的天线形式及导波管的应用能够满足测量大部分储罐液位的要求。
1 工作原理及分类
满足贸易交接计量精度(±1mm)的雷达都是非接触式雷达液位计。从测量原理上基本分为2大类:
(1)基于时间差法(time of flight):天线发射以光速传播的电磁波,当滞后一段时间电磁波碰到液面后,会反射回来。距离与滞后时间成正比,仪表通过测出从发射到接受之间的滞后时间,来确定设定面与反射面之间的距离(空高)。
(2)复合调频式原理(FMCW)。线性调频的等幅微波信号通过天线发射出去,遇到障碍物时被反射回来,延迟一段时间后,仪表接受被反射回来的微波信号,并与部分发射波混频。混频输出信号的频率与被测距离成正比。当固态源的调制频率和频偏一定时,只要测出差频频率,通过信号处理技术就可以计算得到距离(空高)。
2 液位测量影响因素
2.1 罐内温度对仪表测量精度的影响
雷达天线发射的电磁波在真空中也可以传播。在空气中传播时,温度变化基本不影响其传播速率。当被测介质温度发生变化时,其带来的反射时间变化很小。
2.2 罐内压力对仪表测量精度的影响
微波传播几乎不受空气密度变化的影响,因此雷达液位计能在真空或受压状态下正常工作,真空状态下微波传播速率相对空气状态下仅变化0.029%[ 1 - 3 ];但当操作压力高到某一范围时,压力对测量带来的误差就不容忽视。
2.3 介质特性对测量的影响
液体介质的相对介电常数、液体表面的稳定程度和气泡等因素都会影响雷达波信号的反射,可能导致液位计无法正常工作。
雷达液位计测量罐内液面时,*是稳定的,规则的液面。但是当液体有流进流出时,会有波浪使液面波动,在生产过程中还可能出现沸腾或起泡沫的现象,使液面变得模糊。
电磁波在介质中传播时,介质的介电常数越小,衰减率越大,衰减率大了反射率就小。所以介电常数小--反射率弱--信号强度低。当被测介质的相对介电常数小到一定值时,雷达波的有效反射信号衰减过大,仪表接受到的反射波能量过小,再加上干扰波会导致液位计无法正常工作。不同公司的雷达液位计对*小相对介电常数的要求是不同的,这是因为介电常数的大小与温度和电磁场有关。但是通过其他措施减少电磁波反射能量损失或提高仪表内部的信号处理技术,仪表对相对介电常数*低值的硬性要求也越来越小。
目前主要厂商(如:Honeywell,Saab)的产品可以测量相对介电常数只有1.2的介质。
对于沸腾或扰动大的液面或被测介质介电常数小,或为消除储罐、容器结构形状可能导致的干扰影响,应采用导波管及其它措施,增强回波信号,以确保测量精度。
3 天线形式及设计选型
天线的结构形式及材质,应根据被测介质的特性,储罐类型、开口、罐内温度、压力等因素确定。常见的形式有喇叭形(锥形)天线,抛物面天线,导波管阵列(平面)天线和棒状天线等。
对于常规的拱顶罐,雷达液位计应是喇叭形(锥形)天线设计,可无需使用导向管,且可以靠近罐壁安装,并保证测量的准确度。
对于比较粘稠和需要伴热的拱顶罐,具有抗粘连能力的抛物面天线雷达非常适合,通常不用设导波管。
对于浮顶罐,雷达液位计应采用平面天线设计,以便于安装在油罐的导波管上。
对于高压球罐,天线形式为加长喇叭口天线配导波管,还要配套提供一体化球阀,便于雷达液位计在带压状态下的维护。为了在储罐带压运行条件下进行测量校验,需要安装参考设备:在导波管孔内的参考针以及位于下方管道末端的带参考环的反射板可在固定距离和已知的距离提供参考回波。
4 安装注意事项
雷达液位要杜绝安装储罐顶部的中心处,这是因为天线发射的电磁波是在罐内整个空间传播的,罐壁和罐底反回来的电磁波会集中在中心处,形成很大的干扰,会淹没正常的从介质表面反射回来的电磁波。
采用喇叭天线雷达液位计,天线伸出接管至少10mm,如果在容器上的接管长度无法满足上述要求,可以使用天线延伸管或咨询制造厂设计合适的接管长度。
没有配置导波管的雷达液位计根据天线形式的不同,所要求的仪表安装连接短管距罐内壁的距离也不同。通常,液位计连接短管中心距管内壁的距离不宜小于波束宽的1/2。波束宽=2×测量距离×tan(波束角/2),波束角为雷达波能力密度达到*大值的一半时的角度。当天线发射的微波频率固定时,尺寸越大,波束角越小。抛物面天线相比于喇叭形天线,波束宽要小的多。



    导波雷达液位计安装调试方便,维护工作量小,适应性强,高性能、高精度、工作性能稳定可靠,操作方便安全,保护等级较高,抗干扰能力强,使用寿命长,可广泛应用于冶金、建材、能源、石化、水利、粮食等行业的液位与物位生产的容器现场测量要求。在与电容,重锤等接触式仪表相比较,具有无可比拟的优越性。微波信号的传输不受大气的影响,所以它在测量生产过程中具有挥发性气体、高温(350℃)、高压、蒸汽、真空及高粉尘等恶劣环境时有很强的优势,是一种性价比很高的仪表。
    好的仪表也要善于使用与维护,尤其象导波雷达液位计这种精密数字仪表,良好的安装与使用、维护不仅可以保证仪表稳定精准的测量,也会大大延长仪表的使用寿命。下文就主要介绍一下,导波雷达液位计(物位计)在使用过程中,较为常见的四种故障以及相应的处理办法!
    故障现象一
    对于天线结疤的处理:
    介电常数很小的挂料在干燥状态下对测量无影响,而介电常数很高的挂料则对测量有影响。可用压缩空气吹扫(或清水冲洗),且冷却的压缩空气可降低法兰和电器元件的温度。还可用酸性清洗液清洗碱性结疤,但在清洗期间不能进行料位测量.
    故障现象二
    探头结疤和频繁故障处理方法:
    第一个办法是将探头安装位置提高,但是有时候安装条件限制,不能提高的情况下,就应采用将料位测量值与该槽的泵联锁的办法,解决这一难题:将最高料位设定值减小0.5m左右,当料位达到该最高值时,即可停进料泵或开启出料泵。
    故障现象三
    关于泡沫对测量的影响:
    干泡沫和湿泡沫能将雷达波反射回来,对测量无影响;中性泡沫则会吸收和扩散雷达波,因而严重影响回波的反射甚至没有回波。当介质表面为稠而厚的泡沫时,测量误差较大或无法测量,在这种工况下,雷达料位计不具有优势,这是其应用的局限性。
    故障现象四
    被淹相应的处理方法:
    解决这种问题的办法是将雷达料位计改为导波管式测量。仍在原开孔处安装导波管式雷达料位计,导波管高于排汽管0.2m左右, 这样一来,即使出现料浆从排汽管溢出的恶劣工况,也不会使料位计天线被料浆淹没,而且避免了搅拌器涡流的干扰及大量蒸汽从探头处冒出,减少了对探头的损害,同时由于导波管聚焦效果好,接收的雷达波信号更强,取得了很好的测量效果。使用导波管测量方式,可以改善表计测量条件,提高仪表测量性能,具有很高的推广应用价值。







    磁翻板液位计消磁现象其解决方法可以分以下几个方面:
    A、从设计的角度来看,要选用恰当的硬磁材料。比如选用居里温度高于使用温度20%以上、保证五年后剩磁超过临界值的磁性材料
    B、从生产的角度来看,加工磁浮子要注意以下几点:
    1、焊接(氩弧焊)时需要采取降温措施,以避免磁浮子的磁性材料处的温度超过磁性材料的居里温度。
    2、磁浮子内填充惰性气体(如氩气);
    C、从使用的角度来看,用户要做到以下几点:
    1、订货时选用恰当的型号,达到使用温度不超过磁翻板液位计的标称温度;
    2、在使用中,要随时观察液位计的使用情况(能否正常服役),还要记录介质的实际温度(我见过这样的情况,实际使用温度往往会高于参数表上的温度,设计参数表的人可能忽略了某些因素)。







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