作者: 来源: 发布时间:2018-11-20 10:17:25

    摘 要:通过对VEGAPULS64 雷达液位计工作原理的介绍,分析了其性能特点,介绍了其在湘钢高炉铁水罐液位测量的应用。

    湘钢现有4 座高炉,年产铁水约800 万吨,在高炉生产中,高炉料位、高炉布料仓料位和铁水罐液位等都是非常重要的数据,它们对于保证高炉炉况的顺行、提高生产效率和生产安全性起着非常重要的作用。由于铁水温度非常高,现场扬尘非常大。高炉铁水罐液位测量一直是个难题。过去湘钢高炉的铁水罐液位都采用了称重法测量,安装复杂,维护困难,测量的数据精度不够准确,随着一些新技术的应用,我们一直致力于寻找一种使用寿命长、性能可靠、维护量低、测量精确度高的经济性的解决方案。

    为了保证铁水罐和铁路的安全,使炉前操作工能及时了解铁水罐内铁水的容量。我们采用了型号为VEGAPULS64 雷达液位计两台,安装在1#高炉的3 号铁口5 号线和6 号线上,测量铁水罐的铁水液位,经过一段时间的试用实践,取得了较好的测量效果。

1 测量原理及性能特点

 雷达液位计,可广泛应用于连续测量液体液位的场合,其采用的是FMCW 连续调频的工作方式,如图1 所示。

测量原理

测量原理 

其基本测量原理是,探头同时进行雷达波的发射和接收,类似通信中的全双工;采用了波形为锯齿型的微波,发射波及经液体表面反射后形成的回波之间产生一个相位差,这个相位差通过快速傅里叶转换后,形成一个频谱,这个频谱与雷达液位计测量的距离呈线性关系。通过对锯齿波相位的检测即可得到一个高精度的物位信号。依据FMCW 测量原理,雷达波能够源源不断地射向测量介质,使其抗干扰能力加强,失波的可能性降到最低,从而提高了它的可靠性。

最新推出的VEGAPULS64 雷达液位计采用两线制设计。在以往的基础上,作了很多改进,有以下几个特点:

1)信号聚焦能力好,可靠性高。最大测量标尺30m,天线大小为80mm,发射角度仅为3 度。可做到只接受被测介质唯一的反射回波。

2)过程接口。?钚」娓裎?/span>3/4。以80GHz 的发射频率工作。相当于至今采用技术的3 倍。因此,天线系统和过程连接可以相应地设计得更小。应用领域明显更宽广。

3)不受介质附着物和冷凝物的影响,天线系统是用PTFE\PEEK 朔封的全密封透镜式天线,通过表面精密加工,因此没有地方沉积介质,粘附现象明显减少。此外,特殊的软件算法抑制那些由于天线系统上的附着物而产生的干扰。

4)动态范围大,为12Db,很高的动态性令可靠性明显提高,故所有介质中都能获得可靠的测量结果。几乎不受扬尘及附着物的影响。

5)其本身带有蓝压调试功能,我们将来的参数调整无需在处于相对高温。危险区域的传感器上进行。可以用手机、IPad 或手提电脑在距离传感器。25m 内的任何地方进行,这样非常安全。

2 在高炉上的应用

2.1 现场情况和要求

被测介质是铁水罐内的铁水,温度约1300℃以上。铁水罐是用火车牵引到出铁口的活动盖板下方出铁的。如图2 所示,活动盖板是用钢板加隔温材料制作的,尽管它的下部温度很高,但在它的上面温度不是很高,人可以在上面行走。正常情况下不超过50℃。无需把雷达液位计安装到活动盖板的下面直接面对高温的炽烤,可直接安装在活动盖板的上面。但是在检修出铁口或处理出铁口故障的时候活动盖板需要快速移开,因此盖板上的所有测量或其它装置都需要为活动盖板的迅速移开做好准备。这样就要求液位测量装置的安装和就位简单快速。尽量减少拆卸电缆的时间,更不能安装气体吹扫等辅助降温装置,因为拆卸这些装置需要一定的时间,会延长活动盖板调开的时间。

 

2.2 雷达料位计的安装

为了适应上述要求,我们制作了一个轻便的支架方便拆卸,把雷达液位计架起350mm 高;设置了一块绝缘隔热的石膏扳子,防止炽热的气体和介质从测量孔直接灼烤雷达天线。经过测量,一年来最热的天气,电子部件的运行温度大约为42℃;符合设备运行环境要求。测量孔的直径根据发射角度和架空高度计算约为100mm;开孔位置根据铁水罐沿和铁水出铁位置确定,铁水罐的直径或壁厚不同,每次火车停的位置偏差,就很容易使雷达波打到铁水罐的边缘,从而造成错误测量。所以安装位置一定要远离铁水罐的边缘,并利用雷达料位计超小波束角的优势,在避开铁水流的前提下尽量选择铁水罐的中央位置作为其安装位置。采用航空插头连接供电和信号电缆适应电缆快速拆卸的要求;支架下面焊接了角钢限位,防止雷达及安装支架的移动;支架的上面有可以折叠的手柄方便安装支架的拆除。安装支架如图3 所示。

  高炉出铁示意图

高炉出铁示意图

 安装支架图

安装支架图

 

2.3 测量效果

参数调整过程。试用的两个测量点(5 号线和6 号线)有“对位-注铁水-移罐”等多个测量过程。设置的测量零点为距离雷达液位计法兰以下10m 的位置。测量范围(4-10m,对应4-20mA 输出的量程为0-6m。当下面没有铁水罐时,雷达液位计指示-0.7m 左右。 一般一个空的铁水包处于被测位置时,液位显示0.3-0.6m,这是由于铁水包底部残留的介质有差异所致,一般当液位达到3.1m 左右时,投入保温剂,液位达到3.1-3.2m 时为满,根据现场目测和操作工人的经验,此时液面距离铁水罐的上沿400mm 左右。据现场的操作工人介绍说铁水包有大小之分,通过观察,无论是大的还是小的铁水罐,最高液位都是3.2m。从两个测量点的测量效果看,6 号线的安装位置靠近铁水罐的中央位置,效果非:。而5 号线的位置就有些偏离中央位置,使雷达的探测波时常打到铁水包的边缘,测量指示经常指示铁水罐边缘的位置(3m 多)。铁水液位记录曲线如图4所示。

从图46号线的测量曲线可以看到它的注料平稳,更换另一个空铁水罐时跟随非常迅速,测量效果很好。而5 号线测量曲线总是向最满的位置跳变。为此调整了5 号线雷达料位计的安装位置,也获得了同样好的测量效果,如图5 所示。

铁水液位记录曲线图 

铁水液位记录曲线图

 铁水液位记录曲线图1

5 铁水液位记录曲线图

调试回波曲线如图6 所示。从图6 可以看出,距离7m 左右的位置的回波就是铁水罐边沿产生的回波,如果这个回波信号很强,甚至高于9m 多位置的有效液位信号回波时,就会导致雷达的指示总是向高点跳变的现象,所以在一个好的安装位置的前提下应该出现图7 所示的回波曲线图,干干净净的只有液位的有效回波,并振幅很强。

 调试回波曲线图

6 调试回波曲线图

 测量回波曲线图

7 测量回波曲线图

从这两个雷达料位计的回波曲线图看,测量回波的振幅相当高,意味着测量的可靠性非常高。当从一个注满铁水罐移走,到一个空的铁水罐移到测量位置时,雷达测量的反应时间约2 秒。由于避开了出铁时的铁水流,注入的铁水流对测量没有任何影响,过程中产生的烟气和粉尘对测量也未产生任何影响。

3 方案优化

完成了雷达料位计安装、试验和调试工作,随即对雷达料位计输出信号应用进行了优化。为了使操作工能及时了解铁水罐内铁水的液位的变化,增加了大屏显示,更加直观;选择3 m 为报警点,输出一个接点信号连接声光报警器,只要液位达到3 米,声光报警器发出闪光和持续的报警铃声,及时提醒操作工进行倒灌,铁水罐装载的液位得到了有效的控制了,避免铁水溢出的事故的发生。

4 结语

高炉铁水罐液位的测量比较特殊,之前使用过不同的测量方法,但从湘钢1#高炉应用的两台雷达料位计的测量效果看,充分发挥了其性能特点,效果非常理想,减少炉前操作工的劳动强度,保证高炉的安全生产。

 

 

 

 

 

 

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