導(dǎo)波雷達(dá)料位計是利用電磁波的特殊性能來進(jìn)行測量的一種高精度料位測量儀表，具有測量精確、效率高、安裝簡單等特點。本文介紹了導(dǎo)波雷達(dá)料位計在粉煤加壓氣化裝置中的應(yīng)用、測量原理、常見問題及解決方法。

我國作為煤資源大國，現(xiàn)代煤化工的發(fā)展必須立足于自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。在國家科技計劃支持下，水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心（兗礦魯南化肥廠）、華東理工大學(xué)和中國天辰化學(xué)工程公司共同承擔(dān)了國家“十五”科技攻關(guān)課題“粉煤加壓氣化制備合成氣新技術(shù)研究與開發(fā)”，成功建設(shè)并運(yùn)行了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的粉煤加壓氣化中試裝置。通過科技部主持的課題專家委員會驗收，專家委員會認(rèn)定“該技術(shù)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，工藝技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平”。“十一五”期間，三方在粉煤水冷壁氣化技術(shù)方面深入研究，已經(jīng)取得階段成果。

粉煤加壓氣化工藝是以干煤粉為原料的新型氣化技術(shù)。原煤除雜后送入磨煤機(jī)破碎，同時由經(jīng)過加熱的低壓氮氣將其干燥，制備出合格煤粉存于料倉中。加熱用低壓氮氣少量放空，大部分可循環(huán)使用。料倉中的煤粉先后在低壓氮氣和高壓氮氣的輸送下，通過氣化噴嘴進(jìn)入氣化爐。氣化劑氧氣、蒸汽也通過氣化噴嘴進(jìn)入氣化爐，并在高溫、高壓下與粉煤進(jìn)行氣化反應(yīng)。出氣化爐的高溫合成氣經(jīng)水激冷和洗滌后供用戶。熔融灰渣在氣化爐激冷室中被激冷固化，經(jīng)鎖斗收集，定期排放。粉煤加壓氣化工藝中煤粉輸送控制系統(tǒng)是關(guān)鍵技術(shù)之一，為保證氣化反應(yīng)連續(xù)、穩(wěn)定的進(jìn)行，必須選擇合適的煤粉料位計。

1、煤粉輸送系統(tǒng)流程簡介
煤粉輸送系統(tǒng)由粉煤料倉、粉煤輸送罐和粉煤加料罐組成。由粉煤料倉向粉煤輸送罐內(nèi)輸送煤粉，粉煤儲罐裝滿后，充氮氣加壓，將煤粉輸送至粉煤加料罐中，加壓后的煤粉從粉煤加料罐由氮氣（二氧化碳?xì)猓┹斔椭翚饣癄t燒嘴。

煤粉料位有別于液體液位，同一容器內(nèi)的液位一定是水平的，而料位卻不一定在同一水平面上，這個差異會給生產(chǎn)帶來影響，嚴(yán)重時可以導(dǎo)致系統(tǒng)跳車。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，就必須保證煤粉料位必須高于一個料位值，不可使料位處于一個低值，否則容易使煤粉“走空”。但也不允許料位太高，因為高料位時加入的煤粉會導(dǎo)致“滿罐”，這樣會使煤粉切斷閥在充滿煤粉的環(huán)境中關(guān)閉，從而增加了閥門磨損，降低了閥門使用壽命。所以在生產(chǎn)過程中，粉煤加料罐的料位要保持在一定范圍內(nèi)，這就要求對各煤粉儲罐料位進(jìn)行連續(xù)、準(zhǔn)確測量，我們選擇了昌暉儀表制造有限公司導(dǎo)波雷達(dá)料位計。

料位計測量的目的主要有兩個：一是通過物位測量來確定容器中的原料、產(chǎn)品或半成品數(shù)量，以保證連續(xù)供應(yīng)生產(chǎn)中各個環(huán)節(jié)所需的物料或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；另一個是通過物位測量，了解物位是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，以便使生產(chǎn)過程正常進(jìn)行，保證產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和生產(chǎn)安全。

2、導(dǎo)播雷達(dá)料位計簡介
導(dǎo)波雷達(dá)料位計利用了電磁波的特殊性能來進(jìn)行料位檢測，其示意圖見圖1。
 

圖1  導(dǎo)播雷達(dá)料位計正確的安裝位置

導(dǎo)波雷達(dá)料位計由發(fā)射裝置和探測裝置組成，導(dǎo)波料位計的發(fā)射裝置可以發(fā)射一種特殊的電磁波，電磁波的物理特性與可見光相似，以光速傳播，且傳速不受溫度、壓力、蒸汽等介質(zhì)特性的影響。雷達(dá)料位計采用發(fā)射—反射—接收的方式工作，發(fā)射率取決于被測介質(zhì)的傳導(dǎo)率和介電常數(shù)。電磁波可以穿透空間氮氣、粉塵等干擾源，遇到障礙物易于被反射，被測介質(zhì)導(dǎo)電性越好或介電常數(shù)越大，回波信號的反射效果越好。

導(dǎo)波雷達(dá)料位計采用HART通訊協(xié)議，可通過計算機(jī)、手持通訊器進(jìn)行組態(tài)，通過儀表測量和回波曲線來調(diào)整參數(shù)、判斷故障。

3、導(dǎo)波雷達(dá)料位計的測量原理
導(dǎo)波雷達(dá)料位計是基于時間行程原理的測量儀表，發(fā)射裝置發(fā)出高頻脈沖并沿著探測組件（鋼纜或鋼棒）傳播，當(dāng)脈沖遇到物料表面時反射回來被導(dǎo)波雷達(dá)料位計內(nèi)的接收器接收，根據(jù)距離與脈沖時間形成之間的正比關(guān)系計算得到距離，并通過電子部件將距離信號轉(zhuǎn)化為物位信號。

導(dǎo)波雷達(dá)料位計的測量過程描述如下：
①導(dǎo)波雷達(dá)料位計發(fā)射裝置發(fā)出高頻脈沖并沿著探測組件（鋼纜或鋼棒）傳播，反射的脈沖信號沿纜繩傳導(dǎo)至儀表電子線路部分，微處理器對此信號進(jìn)行處理，識別出微波脈沖在物料表面所產(chǎn)生的回波。正確的回波信號識別由智能軟件完成，距離物料表面的距離D與脈沖的時間行程T成正比：D=C×T/2，其中C為光速。如圖2所示，因空罐的距離E已知，則物位L為：L=E-D

圖2  導(dǎo)播雷達(dá)料位計測量原理示意圖

②通過輸入空罐高度E（E=零點），滿罐高度F（F=滿量程）及一些應(yīng)用參數(shù)來設(shè)定，應(yīng)用參數(shù)將自動使導(dǎo)波雷達(dá)料位計適應(yīng)測量環(huán)境。導(dǎo)波雷達(dá)料位計內(nèi)部的微處理器將物位轉(zhuǎn)換為4-20mA的電信號輸出。

4、導(dǎo)波雷達(dá)雷達(dá)料位計的安裝
導(dǎo)波雷達(dá)料位計若安裝位置不合理，將引起干擾回波，使儀表測量不穩(wěn)定或測量不準(zhǔn)確。此時需重新定位，優(yōu)化雷達(dá)回波質(zhì)量，減少干擾回波。導(dǎo)波雷達(dá)料位計安裝要求如下：
①導(dǎo)波雷達(dá)料位計要垂直于物料表面安裝，使雷達(dá)波盡可能反射回去，減少能量損失。
②導(dǎo)波雷達(dá)料位計最佳安裝位置在容器半徑的1/2處，防止罐壁上所裝儀表生產(chǎn)干擾回波。
③導(dǎo)波雷達(dá)料位計不得安裝在進(jìn)料口上方，以免產(chǎn)生虛假反射。
④導(dǎo)波雷達(dá)料位計要避免安裝在有很強(qiáng)渦流的地方。如：由于攪拌或很強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)等，建議采用導(dǎo)波管或旁通管測量。
⑤不要把導(dǎo)波雷達(dá)料位計裝在拱形頂罐或臥罐的中心位置，否則易使回波丟失。

5、導(dǎo)波雷達(dá)料位計應(yīng)用中常見問題及處理方法
在實際應(yīng)用中，導(dǎo)波雷達(dá)料位計的常見故障多是由干擾回波引起，常見故障及處理方法如下：
①導(dǎo)波雷達(dá)料位計無指示
處理方法：查電源、通訊電纜是否正常。
②導(dǎo)波雷達(dá)料位計有故障代碼
處理方法：清除故障代碼，若清除不了，參照故障代碼列表進(jìn)行相應(yīng)處理或與廠商聯(lián)系。
③導(dǎo)波雷達(dá)料位計指示不穩(wěn)定、不正確或無回波
處理方法：這多數(shù)由干擾回波引起，除選擇功能強(qiáng)一些的雷達(dá)料位計或?qū)Рɡ走_(dá)、最佳安裝位置、合適的天線類型和稍大的尺寸外，還可選帶處理干擾回波功能強(qiáng)的多回波處理軟件的儀表，具體處理方法有虛假回波抑制、虛假回波寄存，使干擾回波與實際表面回波得以分離。
④導(dǎo)波雷達(dá)料位計斷纜現(xiàn)象
連接天線探頭的鋼纜斷裂，主要原因是罐內(nèi)溫度高、壓差較大，鋼纜往復(fù)的拉伸彎曲，加速了鋼纜的斷裂。
處理方法：如鋼纜長度夠用，可重裝探頭并將到頂信號條形磁鋼位置從新調(diào)整好，可繼續(xù)使用。如鋼纜不夠長時，可按以下方法處理。
a、導(dǎo)波雷達(dá)料位計在待測狀態(tài)下切斷電源，在鋼纜末端與變送器連接處，可以用金屬膠和環(huán)形卡箍固定。另外還可以通過把鋼纜與一螺母進(jìn)行焊接，用螺栓固定在導(dǎo)波雷達(dá)料位計變送器上。
b、安裝新鋼纜
將鋼纜一端穿進(jìn)圈線輪底部圓孔，把鋼纜對接，然后用鋼扎頭緊固，再一圈一圈逆時針向上環(huán)繞。新鋼纜一定要繞緊，排列整齊，否則會夾繩發(fā)生故障。
⑤天線探頭掛料
介電常數(shù)很小的掛料在干燥狀態(tài)下對測量無影響，而介電常數(shù)很高的掛料則對測量有影響。可用壓縮空氣吹掃（或清水沖洗）。還可用酸性清洗液清洗堿性結(jié)疤，但在清洗期間不能進(jìn)行料位測量。

導(dǎo)波雷達(dá)料位計是目前各類料位測量儀表中適用范圍最廣、測量精確、維護(hù)方便的料位測量儀表。昌暉導(dǎo)播雷達(dá)料位計在粉煤加壓氣化裝置中的成功應(yīng)用，提高了煤粉料位的準(zhǔn)確測量，保證了生產(chǎn)安全。 
《導(dǎo)播雷達(dá)料位計在粉煤加壓氣化裝置的應(yīng)用與維護(hù)》文章作者為山東滕州水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心：徐軍、李磊、王中蒙、侯成軍等工程師共同撰寫。