摘 要 :某煤化工聚烯烴裝置污水池原設(shè)計(jì)為 E+H 雷達(dá)液位計(jì),由于池內(nèi)有大量泡沫和水蒸汽,泡沫會(huì)使電磁波信號(hào)發(fā)生散射而損失能量,水蒸汽會(huì)使電磁波信號(hào)衰減,導(dǎo)致雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量出現(xiàn)較大偏差。將聚烯烴裝置污水池的雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行改造,改用其它品牌的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行測(cè)量。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)具有穩(wěn)定性強(qiáng)、使用工況復(fù)雜、對(duì)蒸汽、霧氣和泡沫有很強(qiáng)的抑制能力,wuxu帶料調(diào)試,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),徹底解決污水池液位測(cè)量偏差大、冬季出現(xiàn)虛假液位的現(xiàn)象,從而降低了儀表設(shè)備的維護(hù)率,提高了儀表設(shè)備的使用性和穩(wěn)定性,保證裝置長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行。
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在聚烯烴污水池內(nèi)的改造應(yīng)用
引言
在現(xiàn)代石油化工和煤化工生產(chǎn)過(guò)程中,污水排放和治理成為環(huán)保體系的重要環(huán)節(jié),為了降低污水排放量,減少企業(yè)成本,準(zhǔn)確可靠地測(cè)量污水液位,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,污水池液位檢測(cè)技術(shù)在化工企業(yè)中顯得越來(lái)越重要。液位的測(cè)量方式很多,針對(duì)不同的測(cè)量原理,有靜壓式、恒浮力式、變浮力式、超聲波式、雷達(dá)式等幾種常用液位計(jì)。雷達(dá)液位計(jì)是采用電磁波技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的物位檢測(cè)儀表,它作為一種非接觸式的物位儀表,廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)中,尤其是污水液位檢測(cè)系統(tǒng)中。
某煤化工聚烯烴裝置共有 4 個(gè)污水池,分別是聚乙烯精制雨排水污水池、聚乙烯造粒污水池、聚丙烯回收雨排水污水池、聚丙烯造粒污水池,污水池深度均為 6m,污水溫度為 20℃~ 40℃。精制區(qū)污水池主要為雨排水,在冬季為防止污水結(jié)冰,會(huì)通入蒸汽進(jìn)行加熱 ;造粒外污水池為擠壓機(jī)地排水,造粒外污水池液位過(guò)高時(shí),會(huì)將污水導(dǎo)入回收精制區(qū)污水池。污水池原設(shè)計(jì)安裝的是 4 臺(tái) E+H 雷達(dá)液位計(jì),此雷達(dá)液位計(jì)長(zhǎng)期在污水池液位表面有泡沫、蒸汽、霧氣大的環(huán)境下使用,頻繁出現(xiàn)測(cè)量偏差大、死值、滿量程現(xiàn)象,經(jīng)與多個(gè)廠家技術(shù)交流,并對(duì)其他煤化工企業(yè)進(jìn)行調(diào)研后,對(duì)污水池液位計(jì)進(jìn)行改造,消除泡沫和蒸汽冷凝液對(duì)液位計(jì)的干擾。
1 雷達(dá)液位計(jì)原理及特點(diǎn)
雷達(dá)液位計(jì)是一種一體化型儀表,其結(jié)構(gòu)由脈沖發(fā)射/ 接收器、天線、信號(hào)處理器、顯示報(bào)警單元組成,可實(shí)現(xiàn)就地顯示和遠(yuǎn)程傳輸信號(hào),精que度高,廣泛應(yīng)用于石油化工、煤化工、水泥等行業(yè)中生產(chǎn)工況條件惡劣、環(huán)境條件較差、易燃易爆場(chǎng)所 [1]。
1.1 雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量原理
雷達(dá)液位計(jì)采用發(fā)射—反射—接收的工作模式。雷達(dá)液位計(jì)采用高頻振蕩器作為電磁波發(fā)生器,發(fā)生器產(chǎn)生的電磁波用導(dǎo)波管將它引至發(fā)射天線并向下輻射。當(dāng)電磁波遇到被測(cè)對(duì)象表面,如液體液面時(shí),部分被吸收,部分被反射回來(lái),再被天線接收。通過(guò)檢測(cè)發(fā)射波與反射波的時(shí)間,再經(jīng)過(guò)液位計(jì)內(nèi)智能處理器進(jìn)行信號(hào)放大、分析處理計(jì)算,#終得出液位的高度 [2]。
電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與發(fā)射端到液面的高度成正比,關(guān)系式如下 :
D=C×∆T/2
式(1)中,D——雷達(dá)液位計(jì)探頭到液位表面的距離;C——電磁波傳播速度 300000km/s ;∆T——電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔。
如圖 1 中所示,液位高度 H 的表達(dá)式為 :
H=L-D
式(2)中,L——探頭總長(zhǎng)度 ;D——雷達(dá)液位計(jì)探頭到液位表面的距離 ;H—表示實(shí)際液位高度。
1.2 雷達(dá)液位計(jì)的特點(diǎn)
雷達(dá)液位計(jì)#大的特點(diǎn)是在惡劣條件下功效顯著。無(wú)論是有毒介質(zhì),還是腐蝕性介質(zhì),也無(wú)論是固體、液體還是粉塵性、漿狀介質(zhì),它都可以進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量方面,具有以下特點(diǎn) :
1)雷達(dá)液位計(jì)的電磁波具有良好的定向輻射性,在傳輸過(guò)程中受火焰、灰塵、煙霧及強(qiáng)光的影響極小,可以用來(lái)連續(xù)測(cè)量腐蝕性液體、高粘度液體和有毒液體的液面 [1]。
2)雷達(dá)液位計(jì)采用一體化設(shè)計(jì),無(wú)可動(dòng)部件,不接觸介質(zhì),不存在機(jī)械磨損,使用壽命長(zhǎng)。
3)測(cè)量準(zhǔn)確度不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力的影響,可用于高溫、高壓的液位測(cè)量,在易燃、易爆等惡劣的工況下仍能應(yīng)用。
4)測(cè)量范圍大,#大的測(cè)量范圍可達(dá) 0m ~ 100m。
5)雷達(dá)液位計(jì)使用范圍廣,從罐體形狀方面說(shuō),可以對(duì)球罐、臥罐、柱形罐、圓柱椎體罐等的液位進(jìn)行測(cè)量 ;從被測(cè)介質(zhì)方面說(shuō),可以對(duì)液體、顆粒、漿液等的液位進(jìn)行測(cè)量。
6)雷達(dá)液位計(jì)具有故障報(bào)警及自診斷功能。根據(jù)操作顯示模塊提示的錯(cuò)誤代碼分析故障,及時(shí)確定故障予以排除,使維護(hù)校正更加方便、準(zhǔn)確,保障儀表的正常運(yùn)行。
2 原雷達(dá)液位計(jì)的設(shè)計(jì)
2.1 E+H FMR240雷達(dá)液位計(jì)
某煤化工聚烯烴裝置污水池液位計(jì)原設(shè)計(jì)為 FMR240雷達(dá)液位計(jì),此型號(hào)液位計(jì)不受溫度、介質(zhì)密度的影響,主要用于連續(xù)測(cè)量液體及固體粉料、粒料及液體料位的智能物位儀表,適用于防爆危險(xiǎn)區(qū)域。
2.2 FMR240雷達(dá)液位計(jì)的缺點(diǎn)
污水池從頂部到底部的高度均為 6m,在春秋冬季,為防止污水結(jié)冰,還會(huì)通入蒸氣進(jìn)行加熱,污水池內(nèi)污水溫度范圍是 20℃~ 40℃,池內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸汽,水蒸汽上升到頂端雷達(dá)液位計(jì)的喇叭口處,會(huì)凝結(jié)成大量的水珠,水珠會(huì)長(zhǎng)時(shí)間存留在喇叭口頂端的輻射天線處和喇叭口內(nèi)壁上。水珠會(huì)使發(fā)射端發(fā)出的電磁波產(chǎn)生大面積的折射,電磁波未按直線方向輻射至污水池內(nèi),導(dǎo)致液位測(cè)量出現(xiàn)較大的偏差,當(dāng)水汽集聚過(guò)多時(shí),液位計(jì)會(huì)出現(xiàn)滿量程現(xiàn)象,嚴(yán)重影響對(duì)污水池液位的控制。有的污水池內(nèi)會(huì)有大量泡沫,泡沫會(huì)吸收和擴(kuò)散雷達(dá)信號(hào),因此嚴(yán)重影響回波的反射甚至沒(méi)有回波。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)表面為稠而厚的泡沫時(shí),測(cè)量誤差較大或無(wú)法測(cè)量。
2.3 雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射端喇叭口冷凝液的產(chǎn)生原因
污水池中的液態(tài)水在冰點(diǎn)以上溫度時(shí),不停息地蒸發(fā)成水蒸汽。在寒冷的冬季,環(huán)境溫度低于污水的溫度,氣化后的水蒸汽在上升過(guò)程中,遇冷空氣會(huì)重新液化,即形成了極細(xì)小的水滴,也就是常說(shuō)的霧氣。當(dāng)霧氣到達(dá)雷達(dá)液位計(jì)喇叭口處時(shí),喇叭口溫度與環(huán)境溫度相近,溫度過(guò)低時(shí),會(huì)使霧氣繼續(xù)凝結(jié),#終形成水珠附著在發(fā)射端喇叭口處。當(dāng)水珠過(guò)多時(shí),就形成了大量的冷凝液。
3 SC-LD33導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)
介于 FMR240 雷達(dá)液位計(jì)的缺點(diǎn),經(jīng)與多個(gè)廠家技術(shù)交流,并對(duì)其他煤化工企業(yè)進(jìn)行調(diào)研后,對(duì)污水池液位計(jì)進(jìn)行改造,#終采用SC-LD33系列帶鋼纜的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì),如圖 3 所示。
3.1 SC-LD33導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的原理
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)同樣是依據(jù)發(fā)射—反射—接受為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量的,液位計(jì)發(fā)出的電磁波以光束的形式沿鋼纜進(jìn)行傳播。當(dāng)電磁波遇到被測(cè)介質(zhì)表面時(shí),雷達(dá)液位計(jì)的部分脈沖被反射形成回波并沿相鋼纜返回至脈沖發(fā)射裝置,介質(zhì)的介電常數(shù)越高,反射越顯著 [3]。發(fā)射裝置與被測(cè)介質(zhì)表面的距離與電磁波從發(fā)射到接收的傳導(dǎo)時(shí)間成正比,經(jīng)計(jì)算得出液位高度。
3.2 SC-LD33導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)優(yōu)點(diǎn)
SC-LD33 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)除了具有一般雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)外,還具有如下好特的優(yōu)點(diǎn) :
1)電磁波沿導(dǎo)波鋼纜傳播,可消除虛假回波信號(hào) [3],對(duì)水蒸汽、霧氣和泡沫有很強(qiáng)的抑制能力,霧氣和泡沫對(duì)測(cè)量無(wú)影響。由于電磁波不通過(guò)空氣傳播,因而霧氣不會(huì)引起信號(hào)衰減 ;SC-LD33 的電磁波穿透性極強(qiáng),泡沫也不會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行散射而損失能量。
2)可測(cè)量多種不同介質(zhì)。測(cè)量介質(zhì)包括液體、固體、顆粒及粉料等,且不受介電常數(shù)、溫度、壓力及密度等條件變化的影響,可測(cè)量介電常數(shù)在 1.4 ~ 100.0(空氣的介電常數(shù)是 1.0)的幾乎所有的液體和漿體。
3)能耗低。SC-LD33 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)輸出到導(dǎo)波探頭的信號(hào)能量非常小,約為常規(guī)雷達(dá)發(fā)射能量的 10%,起到節(jié)能減排的效果。
4)穩(wěn)定性高。SC-LD33 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)是比較成熟的一款儀表,不存在機(jī)械部件損壞問(wèn)題,在使用過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)免維護(hù)的效果。
5)調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單明了,穩(wěn)定性高,使用壽命長(zhǎng)。
3.3 SC-LD33導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)技術(shù)要求
SC-LD33 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與帶喇叭口雷達(dá)液位一樣,計(jì)算測(cè)量范圍時(shí)需要減掉上部測(cè)量盲區(qū)和下部測(cè)量盲區(qū),如圖 4 所示。圖 4 中,①代表液位計(jì)發(fā)射端的基準(zhǔn)面(過(guò)程接頭的密封面);L 代表測(cè)量探頭總長(zhǎng)度 ;E 表示測(cè)量范圍 ;N1 表示上部塊距離(上部測(cè)量盲區(qū));N2 表示下部測(cè)量盲區(qū)。
E=L-(N1+N2) (3)
SC-LD33 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與介質(zhì)接觸的部件采用不銹鋼材質(zhì)制成,鋼纜底部重錘長(zhǎng)度為 100mm,直徑為20mm。由于鋼纜采用不銹鋼材質(zhì),在污水池中長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)不會(huì)出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象,使用壽命大大提升。鋼纜測(cè)量探頭在運(yùn)行時(shí)因污水液位的浮動(dòng),會(huì)導(dǎo)致鋼纜左右擺動(dòng),對(duì)測(cè)量結(jié)果造成誤差。因此,在鋼纜重錘下方加裝一法蘭片,重錘下方正中央有一螺絲口,可以直接與做好的法蘭連接。
根據(jù)安裝位置和污水池的深度,計(jì)算鋼纜的長(zhǎng)度,進(jìn)行剪切固定。為保證液位計(jì)在水蒸汽環(huán)境下長(zhǎng)期有效地運(yùn)行,將液位計(jì)安裝在儀表保護(hù)箱內(nèi)。
3.4 SC-LD33導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)安裝及調(diào)試過(guò)程
3.4.1 SC-LD33雷達(dá)液位計(jì)的安裝過(guò)程
1)在拆除原 E+H 液位計(jì)前,在機(jī)柜間內(nèi)對(duì)儀表進(jìn)行斷電處理,將信號(hào)線正負(fù)極分別斷開(kāi),以便后期更換完信號(hào)線后進(jìn)行絕緣測(cè)試。
2)SC-LD33 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)安裝位置避開(kāi)污水進(jìn)口處,聚丙烯回收雨排水污水池、聚丙烯造粒污水池和聚乙烯造粒污水池液位計(jì)安裝在中間位置 ;聚乙烯精制雨排水污水池液位計(jì)因是露天的,所以液位計(jì)安裝在距離污水池壁 400mm 處,將探頭周?chē)系K物清除,固定儀表保護(hù)箱的支架選用 40mm×40mm 鍍鋅角鋼。
3)在導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射端上方螺紋處安裝 2"、150#法蘭片,保溫箱下方開(kāi)一直徑 D=50m 的圓孔,先將導(dǎo)波鋼纜放在中間位置,然后將法蘭片固定在保溫箱內(nèi),這樣鋼纜不會(huì)因接觸保溫箱壁導(dǎo)致測(cè)量偏差。
4)更換儀表到接線箱之間的信號(hào)線,信號(hào)線采用1mm×2mm×1.5mm 阻燃本安電纜,穿線管選用 DN20 鍍鋅鋼管,鍍鋅鋼管采用螺紋連接方式連接。敷設(shè)完信號(hào)線后,用搖表對(duì)信號(hào)線進(jìn)行絕緣測(cè)試,測(cè)試電壓 500VDC,測(cè)試時(shí)間 60s,絕緣電阻應(yīng)≥ 20MΩ。
5)儀表格蘭頭將信號(hào)線鎖緊,做好防水、防爆措施,信號(hào)線進(jìn)線口處采用向下彎曲的方式將多余信號(hào)線纏成直徑 D=100mm 的圓圈,這樣當(dāng)水蒸汽落在信號(hào)線上時(shí),不會(huì)沿信號(hào)線進(jìn)入儀表外殼內(nèi)。
6)將信號(hào)線屏蔽電纜層固定在液位計(jì)外殼內(nèi)部的接地端子上。
7) 再次檢查信號(hào)線連接無(wú)誤、無(wú)接地現(xiàn)象后,給儀表送電,啟動(dòng)液位計(jì)。
3.4.2 SC-LD33導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)調(diào)試過(guò)程
1)選擇儀表單位“m”,應(yīng)工藝要求,在顯示屏顯示值項(xiàng)選擇液位計(jì)顯示屏顯示單位為“%”。
2)選擇探頭總長(zhǎng)度,探頭總長(zhǎng)度既可以手動(dòng)輸入,也可以讓傳感器系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量,如聚丙烯回收精制區(qū)污水池深度為 6m,污水池頂部混凝土厚度為 0.2m,保溫箱高度為0.8m,則需將探頭總長(zhǎng)度截成 7m。
3)確定探頭類(lèi)型,選擇纜式 4mm 重錘型,如圖 5 所示。
4)選擇介質(zhì)類(lèi)型和介質(zhì)特性,由于是測(cè)量污水池液位,所以選擇介電常數(shù)> 10 的含水介質(zhì),如圖 6 所示。
5)選擇液位#大設(shè)定值,即污水池液位為 100% 時(shí)探頭從基準(zhǔn)面(過(guò)程接頭的密封面)沿鋼纜到液面的距離,如圖 7 所示。
6)選擇液位#小設(shè)定值,即污水池液位為 0% 是探頭從基準(zhǔn)面(過(guò)程接頭的密封面)沿鋼纜到底端重錘的距離,如圖 8 所示。
7)輸入阻尼時(shí)間,為保證儀表趨勢(shì)圖能平滑有序,將阻尼時(shí)間調(diào)整為 2s。
8)線性化調(diào)整,由于污水池是立方體結(jié)構(gòu),污水池容量與高度成線性關(guān)系,因而選擇線性“Linear”。
9)對(duì)電流輸出方式進(jìn)行選擇,選擇 4mA ~ 20mA。
10) 參 數(shù) 設(shè) 定 完 成 后, 對(duì) 回 路 進(jìn) 行 調(diào) 試, 取 4mA、8mA、12mA、16mA、20mA 5 個(gè)點(diǎn)分別進(jìn)行上行程和下行程調(diào)試。
11)確認(rèn)檢查儀表指示無(wú)問(wèn)題,并與 DCS 畫(huà)面顯示一致后,投用儀表,清理現(xiàn)場(chǎng)。
4 改造效果
聚烯烴裝置 4 個(gè)污水池在冬季寒冷季節(jié),水蒸汽大幅度增加,污水池表面出現(xiàn)大量泡沫,導(dǎo)致液位計(jì)測(cè)量值出現(xiàn)偏差大、死值、滿量程的現(xiàn)象,改用 SC-LD33導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)后,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀察,再未出現(xiàn)維修狀況,如圖 9 所示。完全實(shí)現(xiàn)免維修目標(biāo),使儀表維護(hù)工作效率達(dá)到了預(yù)期效果。
5 總結(jié)
SC-LD33導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)采用不銹鋼纜繩探頭,能有效地消除污水池內(nèi)霧氣大、水蒸汽大、泡沫多等干擾因素對(duì)液位測(cè)量的影響。在有水蒸汽、霧氣、泡沫、氣泡較多的污水池和儲(chǔ)罐中使用 SC-LD33導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì),能夠有效地減少后期維護(hù)率,為裝置長(zhǎng)期平穩(wěn)地運(yùn)行提供更有力的保障。