【摘要】本文主要以華能銅川電廠使用的美國Magnetrol為例討論導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器在液位測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及安裝方面的幾點(diǎn)問題，并對液位測量系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及安裝中存在的一些問題闡述了一些注意事項(xiàng)及改進(jìn)方法。
O、引言
液位測量在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中起到很重要的作用，其設(shè)計(jì)及安裝在很大程度上決定了液位測量的準(zhǔn)確性、可靠性、及時(shí)性和精確性。近幾年，電廠大量采用導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器作為液位測量的儀表，主要應(yīng)用在加熱器、除氧器、凝汽器(排汽裝置)、擴(kuò)容器，污水處理池，輕油罐、酸堿罐、水箱等。筆者據(jù)以往現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，參考國內(nèi)電廠在熱力系統(tǒng)測控技術(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用中關(guān)于液位測量的工程實(shí)例，以及鑒于很多新建、改建、擴(kuò)建機(jī)組在試運(yùn)行及運(yùn)行階段出現(xiàn)了一些因水位測量數(shù)據(jù)真實(shí)性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性、可靠性不足而造成的運(yùn)行故障、機(jī)組事故及降低了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等問題，對此有必要進(jìn)行總結(jié)、探討和提出一些改進(jìn)方法。
1、測量原理
早期的液位測量儀表都是選用差壓變送器，液位測量即對于液體容器內(nèi)液面(即液位)相對于參考水平面(一般以容器容積允許的液面或運(yùn)行中的正常標(biāo)準(zhǔn)液面做為參考水平面)的高度差進(jìn)行測量，用以指導(dǎo)對容器液面進(jìn)行的控制、監(jiān)視及保護(hù)。如果實(shí)際中設(shè)計(jì)一個(gè)參考液面，從而可以測得實(shí)際設(shè)計(jì)參考液面與參考水平面的差值。而實(shí)際中用于測量設(shè)計(jì)的參考液面與理論參考水平面存在一個(gè)固定的高度差關(guān)系，但這經(jīng)過調(diào)整修正即可消除影響。以此即可求得實(shí)際液面相對于容器理論參考水平面的高差值，即所需的液位測量值。如下圖示：

導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器原理是采用TDR(時(shí)域反射)原理，由發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沿導(dǎo)波桿向下傳送的電磁波，當(dāng)遇到比先前傳導(dǎo)介質(zhì)(空氣或蒸發(fā)氣)介電常數(shù)大的液體表面時(shí)脈沖被反射，用超高速計(jì)時(shí)電路精確地測量出脈沖波的傳導(dǎo)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對液位的精確測量
2、選型設(shè)計(jì)
選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)波雷達(dá)探頭在電廠實(shí)際應(yīng)用中是十分重要的，因?yàn)樘筋^的配置決定了一些基本的性能。
同軸式、雙桿式(硬桿或鋼纜)和單桿式是目前所用的三種基本配置，每種都有特定的優(yōu)點(diǎn)和局限性。
同軸式探頭是所有探頭配置中的，并且在所有應(yīng)用場合中應(yīng)該首先考慮的。同軸式鋼纜、同軸式探頭都是高頻的脈沖能在他們的整個(gè)長度上幾乎不受干擾的傳播。在內(nèi)桿和外部套管之間所形成的電磁場被的包容。同軸式配置的效率和敏感度，使其在介電常數(shù)極底(ε>1.7)的應(yīng)用場合也會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度。但是，在掛料和結(jié)垢的應(yīng)用場合會(huì)容易產(chǎn)生測量誤差。
雙桿式探頭不如同軸探頭靈敏度高，這也是其測量的介電常數(shù)只能er>2.5的原因。他能夠精確的測量易掛料和結(jié)垢的介質(zhì)，膜狀的掛料對變送器的性能影響較小，然而在兩桿之間物料搭橋可能導(dǎo)致測量反常，所以應(yīng)該盡量避免上述情況的出現(xiàn)。
單桿式探頭是三種形式中底的一種，其所檢測的介電常數(shù)大約為er>10，當(dāng)這種探頭安裝在80-150mm的金屬儲(chǔ)罐壁之間或金屬籠子之間時(shí)，其介電常數(shù)性能被明顯改善(er~3.0)他是最能忽視掛料和結(jié)垢，也是受物體接近程度影響的探頭.
3、安裝方式
根據(jù)導(dǎo)波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要安裝方法有兩種：
3.1外置測量筒式安裝
使用在加熱器、除氧器、凝汽器(排汽裝置)、擴(kuò)容器部位的導(dǎo)波雷達(dá)采用的是外置測量筒式安裝，測量筒一般根據(jù)設(shè)計(jì)提出的液位測量范圍來生產(chǎn)，測量筒的上下連接151的中心距即是設(shè)計(jì)提出的液位測量范圍，當(dāng)然在上下連接口中心距的范圍內(nèi)還可以利用變送器來組態(tài)你所要求的量程范圍。
3.1.1測量筒的設(shè)計(jì)和制作
測量筒的類型有兩種：a.頂部為法蘭(見圖1)，b.頂部為3／4”NPT內(nèi)螺紋(見圖2)一般測量筒設(shè)計(jì)時(shí)確定：A=150mm，B=200mm，設(shè)計(jì)量程”C”；由于導(dǎo)波桿長度”Lff在設(shè)計(jì)量程”C”基礎(chǔ)上再加E=200~300mm，L=C+E；當(dāng)導(dǎo)波桿安裝在測量筒上時(shí)，導(dǎo)波桿肯定足夠長到下連接口以下，測量筒的材質(zhì)一般為：測量筒的壁厚一般根據(jù)介質(zhì)的溫度壓力來確定。

3.1.2容器液位測量的量程確定
熱控專業(yè)根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)容器液位測量儀表，基本上有兩種測量要求，一是只要測量整個(gè)容器的某局部一段(見圖3、圖4)，二是需要測量整個(gè)容器的全量程(見圖5)；華能銅川電廠1#、2#、3#高壓加熱器采用圖3安裝方式、除氧器采用圖5安裝方式，凝汽器(排氣裝置)、5#、6#、7#低壓加熱器采用圖3安裝方式。
注意：局部測量方式，設(shè)計(jì)測量筒的上下連接口中心距C需要大于或等于容器的液位測量實(shí)際量程。

3.1.3測量筒與容器的連接
測量筒與工藝容器的連接，首先要確定容器液位測量實(shí)際量程(對于局部液位測量方式非常重要)，然后將測量筒的上下連接口的中間部分與容器的液位測量實(shí)際量程對齊(1}}：如果是局部測量方式，測量筒的上下連接口中心距C大于容器的液位測量實(shí)際量程，則只要求測量筒的上下連接口的中間部分能夠覆蓋容器的液位測量實(shí)際量程就可以了。在電廠的壓力容器的頂部、側(cè)部和底部都留有測量儀表用接口，我們根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)場情況來選擇接口，如果實(shí)在沒有預(yù)留接口，將需要現(xiàn)場開孔(一般排汽裝置需要現(xiàn)場開孔)，孔的內(nèi)徑一般為50mm(太小會(huì)造成液位測量的滯后)。
根據(jù)控制要求，電廠的容器液位測量有安裝單臺(tái)和多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的不同方案。對于單臺(tái)變送器的安裝請參考圖3、圖4、圖5，引管可以按照示意圖3、圖4、圖5來連接。如果要安裝多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)，則需要從容器處引兩根母管，多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)的各個(gè)測量筒再與母管連接。
3.1.4導(dǎo)波雷達(dá)與測量筒的連接
導(dǎo)波雷達(dá)與測量筒的安裝只有兩種形式，一是螺紋安裝：首先用生料布繞螺紋處3.4圈，然后將導(dǎo)波桿旋到測量筒中：二是法蘭安裝：先將墊片放到法蘭上，然后將法蘭安裝的導(dǎo)波桿插入法蘭安裝用的測量筒中，再用螺栓和螺母將兩片法蘭緊緊安裝好。
注意：一般導(dǎo)波桿和測量筒為量身設(shè)計(jì)，但是插到測量筒中的導(dǎo)波桿頂端與測量筒底的最小距離為25mm。
3.2頂部插入式安裝
使用在低壓力水箱、水池部位的導(dǎo)波雷達(dá)采用的是頂部直接式安裝，頂部直接式安裝的接口都是法蘭，對于導(dǎo)波雷達(dá)來講，其選型一般有兩種方式：一是法蘭型，二是螺紋型(需要配中心開相應(yīng)螺紋孔的法蘭)。
3.2.1一般電廠除鹽水箱采取頂裝，兩種類型的導(dǎo)波雷達(dá)實(shí)際就是法蘭安裝，只需將導(dǎo)波雷達(dá)插入容器(容器上有相應(yīng)的法蘭接口)中，安裝好兩片法蘭就可以了；如果是敞開的水池(輔機(jī)冷卻水水池)，則先要用角鋼制作一個(gè)支架(或用足夠大的鋼管)，再在支架上焊接一個(gè)相應(yīng)的法蘭，然后將導(dǎo)波雷達(dá)安裝在法蘭上面。
3.2.3容器的頂部法蘭的管咀，不同類型的導(dǎo)波雷達(dá)桿安裝時(shí)管咀有不同的要求：
a.7XF、7X1、7X2單桿式探頭管嘴直徑必須大于或等于50mm，且管嘴直徑與管嘴長度之比要等于或大于1：1(型號(hào))
b、7XB、7X5、7X7雙桿式探頭管嘴直徑必須大于或等于80mm。(華能銅川工程沒有使用這種型號(hào))
4、量程參數(shù)設(shè)置
量程參數(shù)設(shè)置有三種方式：
4.1當(dāng)OFFSET為0時(shí)，所有的測量都是以天線的底端為參考點(diǎn)。所有的參數(shù)值都以天線底端做0點(diǎn)。

4.2當(dāng)OFFSET為10時(shí)，所有的測量和參數(shù)設(shè)定時(shí)的參考點(diǎn)既為容器的底部。如圖7所示。
4.3當(dāng)OFFSET為負(fù)值，所有的測量和參數(shù)設(shè)定時(shí)的參考點(diǎn)都為天線上距離天線底端為OFFSET值的點(diǎn)。
5、特點(diǎn)
5.1性能不受工藝條件的影響(如比重和介電參數(shù)的變化不會(huì)產(chǎn)生影響)，尤其在負(fù)壓工況下。例如：由于排污閥門關(guān)閉不嚴(yán)造成真空泄露(泄露量在允許范圍內(nèi))，很少量的真空泄露不會(huì)影響導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器測量的準(zhǔn)確性。
5.2快速拆裝萬向接頭，方便在線維護(hù)。
5.3效驗(yàn)時(shí)無須改變液位，可進(jìn)行盲調(diào)。
5.4與常規(guī)差壓測量方法相比較，節(jié)省了大量儀表管路，使儀表測量的滯后性大大降低。
5.5由于不需要安裝冷凝器，也減少了給冷凝器注水的麻煩。
5.6價(jià)格偏高。
6、測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝中的幾個(gè)常見問題及解決方法
6.1當(dāng)采用多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器用于同一引出母管時(shí)，測量的信號(hào)不一致。
出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是在安裝多臺(tái)導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器時(shí)，其標(biāo)高不統(tǒng)一所致。在安裝時(shí)，先檢查變送器測量筒上下中心距是否一致，如不一致，應(yīng)記錄其偏差值。然后以臺(tái)變送器為標(biāo)準(zhǔn)，用水準(zhǔn)儀測量其他變送器引出管的標(biāo)高，其偏差不要超過1mm。最后設(shè)置量程參數(shù)時(shí)，用偏差值進(jìn)行修正。
6.2出現(xiàn)亂碼
在運(yùn)行過程中，變送器不知什么原因出現(xiàn)幾次亂碼現(xiàn)象。熱啟動(dòng)后或?qū)㈦娫辞袛嗪笾匦鹿╇姡爽F(xiàn)象消失。經(jīng)與廠家現(xiàn)場服務(wù)人員聯(lián)系，可能導(dǎo)致此現(xiàn)象的原因有兩點(diǎn)：此現(xiàn)象只出現(xiàn)在單表頭變送器，接線時(shí)必須將顯示表頭拆下，恢復(fù)時(shí)表頭沒有插緊所致。另一種原因是接線不牢固。我們對現(xiàn)場所有單表頭變送器進(jìn)行檢查，將表頭一一插緊，接線端子重新緊固后，亂碼現(xiàn)象再也沒有發(fā)生。
6.3測量示值偏差
在運(yùn)行過程中，導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器測量的示值與就地翻板水位計(jì)有偏差。因?yàn)槭谴瓮队?，懷疑?nèi)部液體比較臟，可能在水面上漂浮油層或存在泡沫現(xiàn)象(油層的介電常數(shù)比水的介電常數(shù)大)所致。后經(jīng)排污清洗，測量示值偏差現(xiàn)象消失。
傳感器探頭緊固連接部分松動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致測量示值偏差，其現(xiàn)象是就地液位計(jì)為零，而儀表有輸出值(1機(jī)組出現(xiàn)過類似故障)，大多數(shù)測量示值偏差現(xiàn)象都是設(shè)置不當(dāng)引起的。
6.4信號(hào)漂移
這中現(xiàn)象只發(fā)生在變送器未投運(yùn)之前，其原因是測量簡體內(nèi)沒有液體，其向下傳導(dǎo)的電磁波沒有對象而產(chǎn)生的一種雜波，我們姑且稱之為雜波現(xiàn)象。