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雷達物位計在蒸汽回路中的正確使用理論說明

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發(fā)表時間：2019-02-02 08:46:51【小中大】

任何基于鍋爐的發(fā)電系統(tǒng)的核心和靈魂都是蒸汽回路或回路。如果在該系統(tǒng)中沒有適當?shù)乃?yīng)，效率就會受到影響。在更極端的情況下，會發(fā)生太多水（殘留物）或太少水（低水條件）對其他組件的損害，并縮短鍋爐的使用壽命。在最極端的情況下，可能會發(fā)生干火事故，造成嚴重損壞和人身傷害。

我們上海自動化儀表股份有限公司研發(fā)的新技術(shù)--雷達物位計在蒸汽回路中的液位指示是至關(guān)重要的，但用于測量它的方法進展緩慢或變化緩慢。其中一些原因是由于代碼要求（ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范的PG-60）或?qū)?ldquo;新”技術(shù)缺乏信心。僅在過去15至20年（最近在鍋爐/蒸汽回路歷史方面），諸如磁性液位計或差壓裝置等技術(shù)已被用于代替直接讀取玻璃量規(guī)等應(yīng)用，例如給水箱，高壓預(yù)熱器或熱水井。這些相同的裝置現(xiàn)在也用于鼓水平指示。蒸汽回路應(yīng)用技術(shù)籃子的最新成員是雷達物位計。

操作理論

雷達是無線電探測和測距的首字母縮寫，于1935年獲得英國專利。雷達最初是軍用的，用作定位或識別船舶和飛機的方法。因此，這些單元非常強大并且使用頻率調(diào)制連續(xù)波（FMCW）技術(shù)。相比之下，用于物位測量的雷達設(shè)備使用更短波長的電磁輻射 - 1.5至26千兆赫 - 通常稱為微波。它們還有兩種典型配置，自由空間/非接觸或?qū)Р?接觸。

大多數(shù)用于水平檢測的雷達物位計裝置采用電磁脈沖（微波）來測量水箱中的液位。與聲速一樣，光速（電磁輻射）眾所周知 - 每秒186,000英里。通過識別微波脈沖從測量裝置到液體并返回的時間來確定液位。

為什么雷達級設(shè)備使用微波與電磁頻譜中的其他類型的能量相比？

蒸汽，溫度，壓力，積聚和冷凝物等工藝條件對雷達物位計影響不大。但是，需要考慮過程介質(zhì)反射或不反射微波的能力。通過觀察介質(zhì)的介電數(shù)，可以確定介質(zhì)反射微波的能力。電介質(zhì)數(shù)量是絕緣材料的極化功率的量度，或者可以在一種材料與空氣中存儲多少電荷。水的介電常數(shù)為80，被認為是微波的重要反射器。空氣的介電常數(shù)為1，被認為是微波的不良反射器。

雷達物位計使用與非接觸式雷達設(shè)備相同的原理 - 它具有發(fā)射和接收反射微波能量的能力。這兩種器件之間的主要區(qū)別在于典型的工作頻率（雷達物位計為1.5 GHz）和波導(dǎo)的存在。波導(dǎo)管是金屬桿或電纜，它將能量引導(dǎo)到過程介質(zhì)。發(fā)射器將脈沖引導(dǎo)向?qū)В蠹s80％的可用能量保持在8“半徑范圍內(nèi)。

為什么在過程介質(zhì)上獲取更多能量會有所幫助？

這完全取決于信噪比。即使受到噴嘴或點位設(shè)備的干擾，也可以將更多的能量反射回變送器。更多的能量還意味著能夠更好地使用較低介電液體或其他可能會降低信號強度的因素，如攪拌或泡沫。就像非接觸式雷達一樣，雷達物位計非常精確（±0.4英寸），精度與液體的電導(dǎo)率，密度和介電數(shù)無關(guān)。這意味著如果發(fā)生過程液體的變化，則不需要重新配置儀器。

蒸汽循環(huán)應(yīng)用

上海自動化儀表股份有限公司已經(jīng)討論了雷達物位計在水平指示應(yīng)用中可以提供的一般優(yōu)點。現(xiàn)在，是什么讓蒸汽循環(huán)應(yīng)用與眾不同？

由雷達物位計產(chǎn)生的微波脈沖的傳播速度是明確且穩(wěn)定的。壓力（真空或高壓）或溫度等典型工藝條件對此速度的影響最小。蒸氣毯也是如此。通常他們不是一個重要的問題。但是，有些特定情況下這種說法不正確！

如果所討論的蒸汽被認為是極性氣體（其介電常數(shù)可能由于壓力/溫度而改變的蒸汽），則可以影響微波脈沖的傳播速度。即使在非常高的壓力/溫度下，碳氫化合物的介電常數(shù)也幾乎沒有變化。另一方面，蒸汽受應(yīng)用的壓力/溫度的影響很大。

為什么這種現(xiàn)象會影響雷達物位計的性能？

雷達脈沖以光速傳播，但這一事實取決于通過蒸汽移動的介質(zhì)常數(shù)<1.0的脈沖。如果容器中蒸汽空間的介電常數(shù)開始變得大于1.0，那么傳播速度將降低。這意味著脈沖需要更多時間才能到達液體表面并返回發(fā)射器。如果由于傳播速度降低而導(dǎo)致時間增加，則雷達物位計提供的電平指示將低于實際值。

這實際上對我的測量有什么影響？

在飽和蒸汽的較低壓力下，所經(jīng)歷的測量誤差相對較小并且可能不明顯。但是，一旦需要400°F的工作溫度，則不一定如此。測量誤差可以是3.5到4％。在600°F時，該誤差可以增加到19％或20％！

如何解釋這對我的水平指示的影響？

歷史上，抵消蒸汽相的物理效應(yīng)的唯一方法是在變送器的電子器件中實現(xiàn)校正因子。雖然這有效，但它有一個很大的缺陷。校正系數(shù)僅對給定的壓力/溫度設(shè)置有效。在啟動期間或如果應(yīng)用程序的操作參數(shù)發(fā)生更改，此調(diào)整將無效。事實上，它實際上可能使測得的誤差比沒有校正因子的情況更糟。另一種方法是將補償表編程到DCS或PLC中，以便它負責(zé)校正來自雷達物位計的原始信號。動態(tài)補償形式是一種更好的解決方案，可確保無論過程如何變化，您的液位測量都是準確的。實現(xiàn)此目標的最佳方法是在波導(dǎo)上實施參考部分。

參考部分為雷達物位計提供已知距離以比較返回信號。它始終位于應(yīng)用的蒸汽或蒸汽階段，并向變送器提供小的返回信號。發(fā)射器正在尋找此信號并將其與已編程的參考距離進行比較。如果它們匹配，則發(fā)送器知道它從過程接收的電平信號是否正確。如果參考回波比已知參考距離更遠，則發(fā)射器中的電子器件知道電平信號將具有成比例的偏移。此時，算法將自動對此進行補償，并為DCS / PLC提供準確的水平。

上海自動化儀表股份有限公司提供動態(tài)氣相補償?shù)膶?dǎo)波雷達將提供高精度的液位測量。該設(shè)備設(shè)計合理，可在高達2900 psig @ 690°F的飽和蒸汽條件下運行，無需擔心電子設(shè)備損壞。它還將消除對必須考慮的測量誤差高達20％或更多的擔憂。相反，您可以直接從您的雷達物位計獲得您可以依賴的等級指示。

選擇雷達物位計時需要考慮的另一個方面是設(shè)備的機械設(shè)計。在較高壓力/溫度的蒸汽回路應(yīng)用中，必須考慮到裝置承受極端條件的能力。每個雷達物位計在波導(dǎo)和電子設(shè)備之間使用隔離材料，負責(zé)發(fā)射微波脈沖并接收返回信號。對于標準單元，該隔離材料是聚合物，例如Teflon?或PEEK。在較低溫度下（Teflon?約為300°F，PEEK約為450°F），這些材料非常棒。不幸的是，它們在高溫下不具備所需的耐久性。最終蒸汽會繞過聚合物，導(dǎo)致電子設(shè)備損壞和設(shè)備故障。

比較與蒸汽回路中采用的其他更傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有動態(tài)補償?shù)睦走_物位計的精度和性能如何？

直接讀數(shù)玻璃管液位計

對于鍋爐汽包水平，這仍然是ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范中每個PG-60唯一真正的直接液位指示。直讀式玻璃量具可以與其他非直接讀取設(shè)備一起使用，但不能消除。因此，必須存在至少一個可操作的玻璃量規(guī)。還有一些額外的法規(guī)和要求，我們不會花時間在這里討論。

歷史上直接讀數(shù)玻璃管液位計也用于蒸汽回路中的其他非編碼容器。隨著時間的推移，玻璃儀表上存在的許多墊圈會磨損和失效。沒有用于更高壓力/溫度服務(wù)的云母屏蔽的玻璃存在蝕刻的風(fēng)險，這將導(dǎo)致其在壓力下變?nèi)鹾褪Аelleville墊圈也需要幫助保持壓力/溫度循環(huán)的密封完整性。最終，許多這些裝置已被緩慢更換為能夠從控制室監(jiān)控的維護密集度較低的裝置。

置換器變送器

這是一個半彈性浮子或重量連接到彈簧秤。整個組件通常封閉在連接到鍋爐鼓的腔室中。當浮子重量與鼓水位一起變化時，彈簧平衡上的變化張力被轉(zhuǎn)換為水平信號。

這些系統(tǒng)遇到的問題源于磨損和維護。隨著時間的推移，金屬疲勞會導(dǎo)致測量漂移和水平指示誤差。腐蝕也會影響設(shè)備的性能，特別是如果不嚴格控制水質(zhì)。即使沒有發(fā)生這種情況，置換器的設(shè)置也是基于特定的水密度。如果水的壓力/溫度變化，水平指示將關(guān)閉。

帶有電導(dǎo)率探頭的水柱

這些設(shè)備長期以來一直與直讀式玻璃儀表配合使用，為控制室提供遠程讀數(shù)選項。雖然在技術(shù)上不是連續(xù)信號，但是當它們完全起作用時，它們確實提供了良好的控制，而不需要在鍋爐鼓上有技術(shù)人員。

來自電導(dǎo)探針的信號通常在控制面板處接收。反過來，這將照亮一系列提供遠程水平指示的燈。控制面板還可提供高/低繼電器以及4-20 mA輸出。

維護是這些儀器最常遇到的問題。電導(dǎo)探針由于與工藝用水接觸而受到腐蝕，需要定期更換。考慮到大多數(shù)系統(tǒng)每列有10-20個探針，這不是一個廉價的過程。

磁性液位計

可能是蒸汽回路中大多數(shù)傳統(tǒng)液位計的最常見替代品，包括鍋爐汽包水位。然而，即使磁力計具有局部視覺水平指示，它也不被認為是直接讀數(shù)水平儀。水平指示取決于內(nèi)部浮子和外部指示裝置之間的磁吸引力。

正確維護時，磁性液位計可以非常可靠。但是，如果不遵循良好的維護，就會出現(xiàn)問題。浮子和指示器之間的磁耦合強度與它們之間的距離成正比。因此，浮子的外表面和腔室的內(nèi)表面之間的徑向間隙非常小。如果任何污垢或碎屑進入腔室，并且在這兩個部件之間，它可能會卡住。這將防止浮子跟隨液位的變化。

與其他置換器類型的裝置一樣，磁力計設(shè)計用于特定的液體密度。如果浮子制造不當或工藝密度發(fā)生變化，則會發(fā)生測量誤差。

差壓變送器

顧名思義，該液位指示裝置測量容器或腔室中的蒸汽空間與液體高度之間的壓力差。最終結(jié)果是施加在下部傳感器上的壓力與容器中的壓力無關(guān)。通過將該值與已知密度進行比較，可以確定液體高度。

最初，這是一種準確可靠的水平指示方法。然而，隨著時間的推移，隔膜或傳感部件會因金屬疲勞而受到壓力變化的影響。這導(dǎo)致漂移和重新校準的需要。

與置換器型儀器一樣，差壓變送器基于特定的液體密度進行校準。如果密度發(fā)生變化，則會出現(xiàn)水平指示中的測量誤差。

導(dǎo)波雷達

的強度基于它沒有移動部件，具有數(shù)字電子設(shè)備和線性輸出的事實。這意味著除非設(shè)備受到物理損壞，否則不會出現(xiàn)漂移或校準問題。導(dǎo)波雷達也不受壓力或溫度變化的影響。它只是對產(chǎn)生的脈沖接觸液體表面時發(fā)生的阻抗變化作出反應(yīng)。通過采用動態(tài)形式的氣相補償，高壓/溫度極性介質(zhì)可能對單元的信號傳播產(chǎn)生的任何影響也基本消除。

結(jié)論

您的蒸汽回路中連續(xù)液位測量的技術(shù)選擇并不缺乏。所有產(chǎn)品都具有獨特的功能和優(yōu)點，需要在選擇之前仔細評估。

在雷達物位計的情況下，首要考慮因素之一是工作溫度和壓力。對于<400°F的飽和蒸汽條件，標準雷達物位計將提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。在> 400°F的飽和蒸汽條件下，由于蒸汽蒸汽的影響而對測量誤差的影響將更加明顯。這時需要采用動態(tài)氣相補償以獲得最大精度，同時采用更具溫度彈性的設(shè)計來保護電子設(shè)備。

我們上海自動化儀表股份有限公司的雷達物位計應(yīng)用靈活性，對工藝條件影響的抵抗力，低維護要求和動態(tài)補償都使得導(dǎo)波雷達成為蒸汽回路應(yīng)用的準確可靠選擇。這些功能還可降低擁有成本并加強對系統(tǒng)操作的控制。

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