雷达液位计在浆液槽液位测量中的设计探讨

（中国电子系统工程第四建设有限公司，石家庄 050051）

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。

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：

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。

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。

（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。

（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。

（6）不受介质密度、状态和温度的变化而变化。

（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电磁波，电磁波经被测对象液面反射后，反射波被同一天线接收[3]。

由电磁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——电磁波的传播速度；

T——电磁波运行时间。

雷达液位计测量原理如图1所示。

图1 雷达液位计测量原理Fig.1 Measurement principle of radar level gauge

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

功耗：5 W

测量精度：≤±1% F·S

传感器防护等级：IP65

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：

（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；

（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，及其液位计电磁波的发射角度，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。

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。

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。

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。