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西門(mén)子SITRANS LR400雷達(dá)物位計(jì)在復(fù)雜工況中的應(yīng)用

時(shí)間:2007-04-09 11:38:00來(lái)源:shixiang

導(dǎo)語(yǔ):?其出類(lèi)拔萃的性能完全可以應(yīng)用在化工領(lǐng)域中
化工行業(yè)對(duì)儀表的需求量非常大,但也是對(duì)儀表要求最為苛刻的行業(yè)之一。由于在化工中往往會(huì)存在高溫、高壓/真空、腐蝕性強(qiáng)、粘度大、過(guò)程工藝復(fù)雜等要求,因此在很多化工領(lǐng)域中的依然存在很多無(wú)法解決的難題。本文介紹的就是Siemens的雷達(dá)液位計(jì)為解決一家化工廠的液位測(cè)量難題而作的一次成功的試驗(yàn),證明了其出類(lèi)拔萃的性能完全可以應(yīng)用在化工領(lǐng)域中。 一、 背景 Sitrans LR400作為Siemens雷達(dá)物位儀表中的一款高端產(chǎn)品,其優(yōu)異的性能在水泥、電力、鋼鐵等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用并被證實(shí)為測(cè)量固體介質(zhì)的最佳選擇。 但是,由于LR400在固體測(cè)量領(lǐng)域的突出表現(xiàn),使其很少應(yīng)用在液體測(cè)量領(lǐng)域,尤其是化工行業(yè)。這里介紹的是,LR400在化工行業(yè)中的一次應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中的令人吃驚的成功表現(xiàn)。 二、 工況介紹 客戶為一家南方的醋酸纖維公司,測(cè)量的介質(zhì)是含有醋酸、水、各種礦碴等混合介質(zhì),主要特點(diǎn)是粘度極大,接近于瀝青;有大量蒸汽;壓力不到1Bar。以前該客戶一直使用雙法蘭差壓變送器來(lái)測(cè)量罐內(nèi)的液位,但是由于測(cè)量介質(zhì)粘度很大,因此這種測(cè)量方式的維護(hù)量很大,而且儀表的使用壽命很短。因此長(zhǎng)期以來(lái),該客戶試用了很多物位測(cè)量?jī)x表,都無(wú)法很好地解決這一難題。 基于LR400雷達(dá)液位計(jì)在瀝青的液位測(cè)量應(yīng)用中的很多成功的案例的原因,我們向客戶推薦了Sitrans LR400來(lái)解決這一難題。但是,由于其復(fù)雜的罐內(nèi)結(jié)構(gòu)和測(cè)量介質(zhì)的物理特性,無(wú)法采用安裝導(dǎo)波管等措施來(lái)改善測(cè)量效果。 對(duì)于客戶提供的介質(zhì)情況看,介質(zhì)的特性(介電常數(shù))沒(méi)有很大的問(wèn)題。由于雷達(dá)液位計(jì)是利用微波反射的測(cè)量原理,因此蒸汽對(duì)于雷達(dá)的測(cè)量沒(méi)有大的影響。在這一工況中,最大的問(wèn)題是其復(fù)雜的罐內(nèi)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)下圖),如何避開(kāi)罐內(nèi)復(fù)雜的加熱盤(pán)管來(lái)得到正確的液位測(cè)量值是這次試驗(yàn)的主要目的。 該過(guò)程罐高約8m,直徑約3m左右,內(nèi)部有很多復(fù)雜的加熱盤(pán)管結(jié)構(gòu)。罐的底部和中間位置(離罐頂約4m)都有三層呈同心圓形狀排列的加熱盤(pán)管,最大的圓形加熱管直徑約100cm,圓形加熱管之間的間距約20cm,上下圓形加熱盤(pán)管之間還有格柵連接;而且在離罐頂約1~1.5m的中間位置處,有兩根上下重疊的橫管。
三、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 客戶在之前的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),LR400的測(cè)量停留在中間位置(離罐頂約4m)而無(wú)法測(cè)量的下面。 對(duì)于這樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的過(guò)程罐,即使是最有經(jīng)驗(yàn)的工程師都不會(huì)有保證成功的信心。所以,這次實(shí)驗(yàn),無(wú)論是客戶還是作為Siemens來(lái)說(shuō),都沒(méi)有一定成功的把握。 分析了客戶的實(shí)際情況后,發(fā)現(xiàn)安裝位置的選擇非常重要,最后選擇的位置是在近圓心的位置,離圓心58~60cm的人孔,之所以不選擇中心位置,主要是為了避開(kāi)中間的加熱橫管形成的固定干擾影響。 在人孔上臨時(shí)安裝了LR400后,上電,在稍稍旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度后,令人驚奇的發(fā)現(xiàn),LR400能測(cè)量到自雷達(dá)液位計(jì)以下約6.8m的目標(biāo),用投尺從安裝位置測(cè)量罐的高度,測(cè)得7.7m,也就是說(shuō)LR400已經(jīng)"突破"兩根橫管和第一層的圓形加熱盤(pán)管的影響,測(cè)量到了最底部的盤(pán)管。對(duì)于這個(gè)的結(jié)果,客戶和作為SIEMENS儀表工程師的我,都感到非常地"意外"。 在稍后的注水過(guò)程中,LR400在全過(guò)程中的表現(xiàn)依然穩(wěn)定且準(zhǔn)確。我用PDM全程記錄了LR400整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的回波圖形發(fā)現(xiàn),水位的回波信號(hào)非常強(qiáng),能夠從回波圖形中看到加熱盤(pán)管的干擾存在,但基本上對(duì)水位的回波信號(hào)的影響不大。
PDM所作的LR400回波圖形,紅色為T(mén)VT,X標(biāo)志為水位的回波信號(hào),前面的峰狀回波為干擾。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)后,客戶非常滿意LR400的表現(xiàn),也對(duì)LR400產(chǎn)生了很大的興趣。 四、 總結(jié)分析 雖然,由于種種原因無(wú)法進(jìn)一步測(cè)試LR400的實(shí)際使用效果。但是,LR400在如此復(fù)雜的應(yīng)用,能有如此表現(xiàn),已經(jīng)是非常令人吃驚的了。 LR400能在這樣復(fù)雜的工況中表現(xiàn)出高人一等的性能,這是因?yàn)椋? 1、LR400的發(fā)射角很小,這次使用中采用的的型號(hào),只有9度的發(fā)射角,可以最大程度的避開(kāi)固定目標(biāo)的干擾。而一般型號(hào)的雷達(dá)發(fā)射角在13~20度左右。 2、LR400是一種采用高頻雷達(dá)波的FMCW(連續(xù)調(diào)頻)雷達(dá)儀表。其發(fā)射頻率為24GHz,根據(jù)波的特性:速度=波長(zhǎng)*頻率的公式,我們不難推斷出LR400的波長(zhǎng)相對(duì)于一般的低頻雷達(dá)(5~6GHz)來(lái)說(shuō),其波長(zhǎng)要小的多。 3、那么,為什么波長(zhǎng)小,就能最大程度上的減小固定目標(biāo)的干擾呢?打個(gè)比方,比如一般雷達(dá)波是籃球,而LR400的雷達(dá)波就好比是乒乓球。如果在一個(gè)固定干擾很多的地方,拋出籃球后,碰到干擾物被反彈回來(lái)的概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于乒乓球的概率。這也是為什么LR400能過(guò)克服粉塵等影響,準(zhǔn)確測(cè)量固體粉料的原因之一。 4、加熱盤(pán)管的被"照射"面都是圓形的,當(dāng)LR400的微型雷達(dá)波遇到圓形的反射物時(shí),將會(huì)被很好的"發(fā)散"掉,而不是形成很完整的很強(qiáng)烈的回波。 5、選擇了合適安裝位置,盡最大可能避開(kāi)了固定目標(biāo)的干擾。 6、選擇了一定的角度,因?yàn)長(zhǎng)R400是一種頻率調(diào)制的雷達(dá)物位表,其發(fā)射出來(lái)的雷達(dá)波是呈花瓣?duì)畎l(fā)射,其能量分布是呈橢圓形的,而非圓形的,因此在經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)了相應(yīng)的角度后使其橢圓形長(zhǎng)軸上的能量盡可能的避開(kāi)了固定干擾的的影響。 基于這次成功而又意外的實(shí)驗(yàn),我們有足夠的理由相信:如果能夠合理的選擇應(yīng)用LR400,它一定能在化工領(lǐng)域也能有更加出色的表現(xiàn)。

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