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雷达液位计在浆液槽液位测量中的设计探讨

作者: 来源: 发布时间:2021-03-11 08:51:19

 摘 要 :在纳米碳酸钙生产行业中,对浆液槽液位测量的问题进行分析,通过各种类型液位计的比对,采用雷达液位计51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版检测浆液槽液位,分析了雷达液位计检测仪表工作原理、性能参数。着重分析了雷达液位计在浆液槽液位测量过程中遇到的问题,分析相关原因,提出解决的方法,了解雷达液位计的应用效果。并对液位计安和使用维护提出要求。实际应用表明采用雷达液位计能够准确检测出浆液槽液位,增加了浆液槽在使用过程中的安全性。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       在纳米碳酸钙生产过程中,涉及到多个浆液槽设备,其作用主要是起对浆液进行调制、搅拌均匀等功能。浆液槽的主要设备包括槽体、进料管、放料管和搅拌器。介质为氢氧化钙石灰乳浆液或碳酸钙沉淀物 [1] 浆液,均为固液混合物。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       在某超细碳酸钙生产设计项目中,生产设备涉及氢氧化钙石灰乳浆液的粗浆池槽、精浆槽、调浓槽、渣液槽等共计 44 台。按照工艺包要求需要对氢氧化钙石灰乳浆液槽液位进行测量,但因为氢氧化钙石灰乳浆液、碳酸钙浆液介质的性质及设备的条件,在进行液位计选型中存在以下问题 :

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版1 设计中存在的问题及原因分析

1.1 浆液槽测量介质为氢氧化钙石灰乳浆液或碳酸钙浆液

       石灰乳的水溶液常称为石灰水(量大时形成石灰乳或石灰浆),呈碱性,碳酸钙浆液是包含水、酸性分散剂体系和碳酸钙的混合物。介质状态均为固、液混合体,常温常压下,且存在一定黏稠物,容易产生碳酸钙沉淀物。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版1.2 浆液槽设备上有物料进、出管口和搅拌器

       液位测量存在以下特点 :时间长容易存在附着、碳酸钙物质沉淀。为防止浆料沉积、介质浓度调整、浆液槽进行搅拌时,搅拌使得液面震荡,产生泡沫和漩涡。

       所以在浆液槽液位计选型过程中,磁翻板液位计、差压式液位计等接触式液位计因介质沉底、附着等原因造成仪表故障、测量不准确,维护维修量大,不合理且不经济,导致无法满足液位测量的要求,容易引发因浆液槽溢槽、空槽和搅拌空转而造成的危险。

2 液位计选型比较

       结合上述工况及介质情况,分析相关原因,比较了非接触式液位计(雷达液位计与超声波液位计),超声波液位计因生产过程中,在搅拌运行的状态下存在气泡,存在检测不到液位的情况,无法采用。故设计采用雷达液位计测量浆液槽的液位,通过对雷达液位计的了解,发现雷达液位计使用上有以下优点 :

       (1)采用非接触式雷达液位计,无磨损,无污染,便于安装。

       (2)不受空气中水蒸气、温度和压力变化影响。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       (3)信号 4 ~ 20 mA 叠加 HART 协议电流信号输出,保证输出的精确性。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       (4)精度高,精度为≤ ±1% F · S ;分辨率可达1 mm。(5)发射波束角小,能量集中,且具有回波增强能力,同时有利于避开干扰物 ;又有抗回波干扰抑制功能。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       (6)不受介质密度、状态和温度的变化而变化。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       (7)方便与监控操作系统相连接。具有智能化数据处理能力。故设计选用雷达液位计对浆液槽的液位进行检测。

3 液位检测原理及技术标准

3.1 雷达液位计的测量原理

       雷达液位计是根据微波在发射—反射—接收这一过程中的时间行程或频率差来进行测量的 [2]。雷达液位计安装处的天线发射出雷达波,雷达波经被测对象液面反射后,反射波被同一天线接收 [3]。

由雷达波在空气中的传输速度为常数,从发射到接收的时间与液位计到液面的距离成正比,关系式为 :

       D = CT/2

式中 D——雷达液位计到液面的距离 ;

       C——雷达波的传播速度 ;

       T——雷达波运行时间。

雷达液位计测量原理如图 1 所示。

雷达液位计测量原理

通过图 1 可算出液面到雷达天线的距离,即仪表探头到界面距 D,因空槽间距 E 已知,通过公式 :

       L = E-D

可知液位的界面的实际高度 L。进而得到浆液槽液面的液位。

       雷达液位计的技术参数 :

       供电电压 :DC24 V

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       功耗 : 5 W 

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       测量精度 :≤ ±1% F · S

       传感器防护等级 :IP65

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       输出信号 :4 ~ 20 mA DC

4 应用、效果及注意事项

       在项目中安装的 44 台浆液槽采用雷达液位计,在实际应用中,存在一些问题,使用方将问题进行了反馈 :液位计液位显示存在异常和一些液位误报警的情况。经过现场实际情况查看,分析相关的原因 :

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       (1)因液位计安装在浆液槽顶部现场开孔,安装的 5 台液位计固定不够牢固,在搅拌运行中存在震动,造成液位计抖动,信号不稳定,液位信号忽上忽下,读数不准确 ;

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       (2)3 台液位计安装靠近进料口,在物料进料过程中,液位测量的实际液位为物料进料口的液位,而引起高液位报警,造成浆液槽保护联锁反应 ;

       (3)部分液位及在运行过程存在假信号,经过分析,是因为在浆液槽搅拌过程,因浆液物料的旋转,造成液面存在一定的倾斜角度 ;在进料过程中,因为进料口较高,进料引起的液面波动较大;液面较低时,测量液位显示为搅拌转动,是因为雷达波经过搅拌器的波形反射而引起的液位假信号。

       综合以上原因,对雷达液位计安装松动,不牢固处进行加固,保证液位计的平稳运行 ;对距离设备进、出料口较近(安装距离为 150 ~ 200 mm)的液位计,重新在浆液槽上部盖板合适位置上开孔,重新安装液位计,保证液位计位于进、出料口的对面或者距离≥ 500 mm。对存在假信号的液位计,调整液位计的滤波模块,及其液位计雷达波的发射角度,过滤因为液面波动,倾斜和搅拌转动带来的散射扰动信号,保证正常液位信号,从而保证液位计的测量精度和准确性。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       经过对一些液位计的位置、信号和状态调整,全部 44 台雷达液位计均能够有效检测粗浆池槽、精浆槽、调浓槽、渣液槽液位,并将液位信号以4 ~ 20 mA 形式输出,传输至控制室的 DCS 操作系统,实时显示各种浆液槽液位,为工艺的连续化生产提供可靠的操作参数。保证各个浆液槽液位的平稳、可控以及有效操作,防止了各浆液槽的液位过高引起的溢槽、机泵联锁反应,同时也预防了浆液槽液位过低引起的搅拌空转等相应事故。提高了装置运行的可靠性和安全性。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版为保证雷达液位计使用效果,实际应用中有以下几个事项需要引起注意 :

       ① 在雷达安装时,远离进、出料口,远离振动及可造成机械损伤之处。外壳可靠接地,安装区域有避雷装置。

       ② 液位计垂直安装,并与槽壁保证至少 300 mm的间距,避开搅拌器等干扰源。

       ③ 雷达液位计主要由电子元件和天线构成,无可动部件,使用中偶尔遇到的问题是,贮槽中有些易挥发的有机物会在雷达液位计的喇叭口或天线上结晶,对它们只要定期检查和清理即可,维护量少。

51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版       ④ 液位计的连接电缆敷设时远离大功率电源、射频信号源等干扰源。

5 结束语

       采用雷达液位计测量浆液槽液位,经过近几年的运行,能够准确测量出浆液槽的液位,保证了工艺生产操作的连续运行,提高该行业连续生产的自动化水平。同时在使用雷达液位计测量浆液槽的液位界面时,也解决浆液槽溢槽、液位高低不均,产品质量不一的问题,还解决了浆液槽出现空槽、设备空转等的安全问题 ;所以通过雷达液位计51计划网全天人工计划-51计划网app下载-51计划网全天计划免费版使用,提高了工艺生产水平和设备运行的安全性。在使用的同时也应注意液位计的定期检验,定期清理液位计天线附近的附着物,保证液位计安全有效运行。

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