雷达料位计在水泥工厂的选型及使用

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雷达料位计在水泥工厂的选型及使用
1 概述
新型干法水泥生产线的物位参数是生产控制的主要测量参数之一。

随着水泥生产自动化水平和控制系统可靠性要求的提高，料位测量控制的作用日益突出，对生产控制和管理起着十分重要的作用。

物位检测有接触式、非接触式、极限式、连续式、3D物位检测等多种方式。

水泥生产线的物位测量以固体物位测量为主，还有少量的液位测量。

固体物料以块料、颗粒料和粉料为主，这些物料的介电常数、容重、温度、水分含量各不相同，对测量仪表的要求也不尽相同。

随着物位测量仪表技术的发展，过去的接触式、极限式等测量方式在生产控制中已经较少采用。

在新建水泥生产线中，物位测量仪表以雷达料位计为主。

2 雷达料位计的特点
雷达料位计开始使用于上世纪90年代末期，其微波频率范围为300MHz～300GHz，传播速度为光速。

微波穿透力强，传播速度不受粉尘、蒸汽及介质组分的影响，传播衰减也很小。

雷达料位计是利用回波测距原理。

发射天线向被测目标发射微波，被测目标反射的微波被接收天线接收，信号处理器将发射信号与
接收信号进行比较，计算出被测距离。

由于微波在传播途径上有衰减和干扰反射，故测量的关键是要能接收到反射回波，并识别出有效回波。

接收的回波能量大小与天线的发射和接收效率以及天线辐射功率有关，所以雷达料位计的天线设计和形状很关键。

接收的回波能量大小与物料表面的介电特性有关，介电常数值ε高，反射率高，得到的回波强度也高。

介电常数值ε低，物料会吸收部分微波的能量，回波强度也较低。

通常要求被测物料的介电常数值ε：液体为ε>1.8，固体ε>2.5。

水泥厂固体介电常数值ε>2.5，水泥的介电常数值ε为3。

雷达料位计通常分为两类：脉冲型雷达(Pulse)和调频连续波雷达（FMCW）。

过程监测场合主要选用脉冲型雷达料位计。

现使用的脉冲型雷达料位计分为低频和高频两种类型，低频频率为6GHz左右，高频频率为26GHz左右，国外著名品牌都有这两种类型的雷达料位计。

与低频脉冲雷达料位计相比，高频脉冲雷达料位计有以下优点：能量高，波束角小，天线尺寸小，精度高。

而低频雷达由于能量低，能量分散，所以发射角度大，方向性就差。

26GHz雷达波长11mm，6GHz雷达波长50mm，雷达物位计在测量料位时，雷达波反射主要来自料面的漫反射，漫反射的强度与物料大小成正比，与波长成反比。

3 雷达料位计的选用
在水泥工厂，石灰石库，石膏库等储存块状物料，熟料库储存颗
粒状物料，生料均化库，水泥库、电石渣库等储存粉状物料。

储存的物料不同，所选用的仪表也不同。

用于测量储存块状物料和颗粒状物料的库体物位时，由于这些物料在库内堆积密实，介电常数稳定，微波反射强度高。

固体物料在下料过程中产生的粉尘要比粉体物料小很多，对雷达声波信号的衰减影响较小。

根据入料和卸料所形成的物料安息角和表面情况，在确定有效量程后，采用带有棒形或号角形天线的雷达料位计。

号角形天线的料位计回波更强，精确度更高（±0.2~±1% F.S）。

如德国VEGA公司新推出的VEGAPULS SR68系列雷达式固体料位测量仪表。

VEGAPULS SR68的性价比非常高，质优价廉。

VEGAPULS SR68由于采用了新的接收器，其灵敏度大大提高，尤其适合颗粒状和粉末状的固体。

即使有强烈粉尘，很强的空气流动性，甚至安装到入料口，也没有回波的损失。

可耐介质温度高达250℃。

有空气吹扫接口选择，可以在需要的时候通过空气净化清洗及降温，并且取得了ATEX气体防爆和尘埃防爆许可。

测量熟料库时，由于其粉尘为熟料粉末，很容易在天线喇叭口粘结，所以应当选择带空气吹扫接口的料位计，经常进行清扫，保证测量的灵敏性。

在测量粉状物料时，接触式测量是优先采用的测量方法。

许多水泥厂采用导波型雷达料位计，它是以钢缆作为天线，伸入料仓中直至底部，微波脉冲沿缆绳向下传播，因此空气中的粉尘对传播无影响，在空气和粉料交界面上微波脉冲被反射。

由于传播损耗小，发射能量可较小，价格也比其他形式的雷达型料位计便宜。

目前许多水泥厂用
缆式雷达料位计测量水泥库和粉煤灰库的料位，取得较好的效果。

生料均化库储存的为生料粉末，接触式测量是优先采用的测量方法。

但随着水泥工程规模的不断扩大，生料均化库的库高和库径也在不断加大，库内设备多且复杂，采用缆式雷达料位计时，容易发生断缆事故。

所以，生料均化库的料位测量采用何种料位计，要根据库的规模进行综合比较后选择。

对于中小型生料均化库，建议采用导波缆式雷达料位计。

水泥厂还有少量的液位测量，由于环境条件好，容易测量，可以选用液位计进行测量。

4 料位计的使用及安装
料位计的正确安装对测量精度也将产生重大的影响，合适的安装位置，正确的使用，才能得到精确的物位值。

在水泥厂中，因为料位计安装不当而造成测量失真，最后舍弃不用的现象时有发生。

图一为某生料均化库库顶的平面简图，标示出了库顶预留洞口和结构梁的位置，以本图为例进行安装位置的介绍。

库主体采用钢筋混凝土筒仓结构，库高53米，库体直径15米。

库内有效储存物料高度为36米，库容为4100吨。

本库顶有3道主结构梁及若干次梁，主梁的梁高为1000mm，次梁为220mm。

库顶的主下料口位于库顶中央，还有其他若干收尘口及人孔，手动量库孔。

料位计孔的设置如图所示。

在进行料位计位置的选择时，要避开进料口，以免入料的影响产生虚假反射。

还要对照结构施工图，避开库顶的主梁，因库顶主梁的梁高都比较大，料位计孔至主梁要保持一定的距离，
保证主梁不在料位计的发射区内。

在安装时，料位计不要安装在库的中心处（如果为拱形库，则传感器收到的虚假回波会增强，），也不能距离库壁很近安装，最佳安装位置在库体半径的1/2处。

尽量避免在发射角内有造成假反射的装置。

特别要避免在距离天线最近的1/3锥形发射区内有障碍装置（因为障碍装置越近，虚假反射信号越强）。

在工程设计时应当按照料位计的喇叭口天线尺寸及法兰预留好安装孔洞，在孔洞边要做好防水台。

在防水台上要根据料位计法兰尺寸预留好埋件，以利于料位计安装。

在测量液位时，传感器的轴线和介质表面保持垂直，当测量固态物料时，由于固体介质会有一个堆角，传感器要倾斜一定的角度，使脉冲波扫描在物料安息角的中部区域。

若传感器安装在接管上，天线必须从接管伸出来。

喇叭口天线伸出接管至少10mm。

棒式天线接管长度最大100或250mm。

接管直径最小250mm。

可以采取加大接管直径的方法，以减少由于接管产生的干扰回波。