工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的檢測技術(shù)的飛速進(jìn)步，直接推動(dòng)了物位測量的自動(dòng)化水平的提升，在各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)，用于物位檢測的儀表種類(lèi)很多，各種物位計、液位計都有著(zhù)廣泛的應用。導波雷達液位計憑借其優(yōu)異的產(chǎn)品性能，在許多復雜的工業(yè)測量中得到了較普遍的應用，尤其適用于對抗干擾要求高的測量場(chǎng)合。

蒸發(fā)工序是氯堿制堿的一個(gè)重要工序，在生產(chǎn)過(guò)程中對于罐內的液位測量準確與否，是實(shí)現燒堿蒸發(fā)工序自動(dòng)出堿的關(guān)鍵所在。因為此工序中的堿液有高溫、高濃度、強腐蝕性和易結晶的特點(diǎn)，在蒸發(fā)過(guò)程中，蒸發(fā)罐內易形成固、液、氣三相共存的情況，并且堿液長(cháng)期處于沸騰狀態(tài)，*易形成虛假液位，給物位儀表的準確檢測帶來(lái)了*大的困難。

某公司年產(chǎn)15萬(wàn)t燒堿裝置蒸發(fā)工序蒸發(fā)罐的液位測量，*初采用的是雙法蘭差壓式液位變送器，但由于堿液腐蝕性較強、溫度高，長(cháng)期以來(lái)液位不能正常測量，不但不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，而且增加了操作工、儀表工的工作量。而后又試用了多種物位檢測儀表，效果皆不盡人意。于是該公司引進(jìn)了導波雷達液位計，經(jīng)過(guò)多次試驗和長(cháng)期使用，取得了非常好的使用效果，實(shí)現了燒堿蒸發(fā)工序出堿的自動(dòng)控制。

本文即是針對于采用導波雷達液位計測量燒堿蒸發(fā)罐液位，闡述了導波雷達液位計的測量原理和優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)在蒸發(fā)工序的實(shí)際應用，證明導波雷達液位計在燒堿蒸發(fā)工序應用中的可行性和可靠性。

1 導波雷達液位計的測量原理和優(yōu)點(diǎn)

1.1 測量原理

導波雷達液位計是基于時(shí)間行程原理的“俯視式”測量?jì)x表，其測量原理如圖I所示。導波雷達液位計在測量從參考點(diǎn)(儀表過(guò)程連接處)到被測物料表面的距離時(shí)，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高頻脈沖，高頻脈沖注入探頭并沿著(zhù)導波體向下傳輸，導波體可以是金屬硬桿或柔性金屬纜繩。當脈沖遇到物料表面時(shí)被反射，反射脈沖信號沿導波體傳遞至接收器，并*終送人微處理器中將距離信號轉換為物位信號。

圖1 導波雷達液位計的測量原理

設c為光速，參考點(diǎn)到被測物料表面的距離

D與脈沖發(fā)出到接收所用時(shí)問(wèn)￡成正比：

D=c·t／2

根據已知空罐高度E，則液位￡的計算式如下：

L=E—D

導波雷達液位計主要由發(fā)射和接收裝置、導波探頭、信號處理器、操作面板、顯示表頭及故障報警等部分構成。導波探頭是導波雷達液位計的重要組成部分，在液位計選型時(shí)，根據工況的不同選擇適宜的導波探頭，才能測得準確的液位。導波探頭分為桿式、纜式和同軸桿式三大類(lèi)，不同類(lèi)型的導波探頭有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。桿式適宜測量存在起泡、沸騰表面或形成湍流的介質(zhì)，對蒸汽和泡沫有很強的抑制力，但不宜應用于太大量程的測量，原因是桿式太長(cháng)不易運輸和安裝；纜式適用于大量程的測量，不受量程范圍的限制，而且適宜測量粘稠性液體或固體粉末介質(zhì)；同軸桿式適宜測量液化氣和介電常數低的液體。

1.2導波雷達液位計的優(yōu)點(diǎn)導波雷達液位計除了具有一般雷達液位計的優(yōu)點(diǎn)外，還具有如下獨特的優(yōu)點(diǎn)：

a.可測量多種不同介質(zhì)。測量介質(zhì)包括液體、固體、顆粒及粉料等，且不受介電常數、溫度、壓力及密度等條件變化的影響，可測量介電常數在1.4—100.0(空氣的介電常數是1.0)的幾乎所有的液體和漿體¨一。

b.信號穩定、準確。信號在導波探頭中的傳輸不受液面波動(dòng)和儲罐中障礙物的影響，液位計所接收到的返回信號較強，并且導波雷達可根據底部回波信號將測量值加以修正，使信號更為穩定準確。

c.特別適合測量含有蒸汽、霧氣和泡沫的介質(zhì)。霧氣和泡沫對測量無(wú)影響，由于電磁波不通過(guò)空間傳播，因而霧氣不會(huì )引起信號衰減，泡沫也不會(huì )對信號進(jìn)行散射而損失能量舊1。

d.能耗低。導波雷達液位計輸出到導波探頭的信號能量非常小，約為常規雷達發(fā)射能量(1mw)的10％(約0.1mW)，因此采用的是回路供電而不是單獨的交流供電，從而*大地節省了安裝費用心3。

2 導波雷達液位計與其他液位儀表應用的比較

液位儀表種類(lèi)繁多，在不同的工況，各類(lèi)液位儀表各具優(yōu)勢。但是蒸發(fā)工序的工況比較復雜，堿液具有高溫、高濃度、強腐蝕性且易結晶的特點(diǎn)，導致儀表故障率高、維護量大、使用周期短、在線(xiàn)檢修困難。在此種工況下，以往采用的液位儀表類(lèi)型有：電*式液位開(kāi)關(guān)、雙法蘭差壓式液位變送器及電容式物位計等。電*式液位開(kāi)關(guān)為非連續性液位測量?jì)x表，不能實(shí)時(shí)監測罐內液位變化的情況，并且電*表面容易結鹽，往往測得虛假液位，導致開(kāi)關(guān)閥誤動(dòng)作，非常不利于生產(chǎn)操作；雙法蘭差壓式液位變送器的隔膜片周?chē)捉Y晶、結鹽，致使測量信號嚴重滯后，不準確；電容式物位計的電*易被堿液腐蝕，導致電*破裂致使測量信號不準確。為解決此類(lèi)問(wèn)題，將導波雷達液位計應用于該工序，經(jīng)過(guò)長(cháng)期實(shí)際使用，取得了非常好的測量效果，*大地提高了生產(chǎn)效率。導波雷達液位計是能同時(shí)滿(mǎn)足高溫、強腐蝕及結晶等條件的檢測儀表。表1為4種液位儀表使用情況的比較。

3導波雷達液位計在蒸發(fā)工序的應用

3.1 燒堿蒸發(fā)工序流程簡(jiǎn)介

氯堿工業(yè)是利用電解飽和鹽水制取燒堿(氫氧化鈉)和氯氣并副產(chǎn)氫氣的生產(chǎn)過(guò)程，其主要工序包括鹽水精制、電解、蒸發(fā)及產(chǎn)品的精制等。經(jīng)電解產(chǎn)生的堿液，含有一定量的NaCI和大量的水，需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮并除去NaCl，才可以制得質(zhì)量符合商品堿要求的產(chǎn)品¨o。我國燒堿蒸發(fā)工序的主流工藝是三效順流，如圖2所示。三效順流是將3個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)運行的蒸發(fā)操作流程，堿液和蒸汽的流向相同，即都由*一效順序流至末效。生蒸汽送入*一效加熱室，蒸發(fā)出的二次蒸汽進(jìn)入*二效的加熱室作為加熱蒸汽，*二效的二次蒸汽又進(jìn)入*三效的加熱室作為加熱蒸汽，*三效的二次蒸汽則送至冷凝器全部冷凝。電解液進(jìn)入*一效，濃縮后依次送人后面各效連續不斷地被濃縮，直至濃縮到要求的濃度¨]。

圖2 三效順流蒸發(fā)流程示意圖

3.2 導波雷達液位計在蒸發(fā)罐上的應用

3.2.1 導波探頭的選擇

蒸發(fā)三效順流工藝中，各效蒸發(fā)罐的工況見(jiàn)表2。

表2各效蒸發(fā)罐工況

由于蒸發(fā)罐液位測量距離為2m，測量距離較短，因此導波探頭宜選擇桿式。從表2可以看出，蒸發(fā)罐內工況的特點(diǎn)是：I效至Ⅲ效的溫度、壓力依次遞減，堿液濃度依次遞增。堿液在高溫下對許多金屬會(huì )產(chǎn)生嚴重的腐蝕，且濃度越高腐蝕性越強，當濃度高于30％，溫度高于80℃時(shí)，對金屬的腐蝕迅速增加，溫度越高腐蝕越嚴重怕。。因此導波探頭的材料不能僅選用常規耐腐蝕的金屬材料，如304不銹鋼。聚四氟乙烯對一切濃度的堿液都有良好的耐腐蝕性，溫度可達1900C，并且聚四氟乙烯又耐磨損”1，可以抵御堿液在沸騰時(shí)對導波探頭的沖刷。因此導波桿的材料選用304不銹鋼外襯聚四氟乙烯，既耐腐蝕又耐磨損，滿(mǎn)足工況測量需要，提高了液位計的使用周期。導波桿易于拆卸，更換簡(jiǎn)單，一旦導波桿受損，只需更換導波桿，無(wú)需更換整臺儀表，從而*大地降低了儀表維修費用。

3.2.2導波雷達液位計的安裝

導波雷達液位計的安裝形式有兩種：

a.頂部直接安裝。直接安裝在罐直徑的1／6～1／4之間的罐頂，探頭與罐壁之間的距離至少100mm，安裝方式有螺紋和法蘭兩種可以選擇，一般插入到設備內部的導波桿長(cháng)度，就是設計要求的測量范圍。

b.旁通管式安裝。導波雷達液位計安裝在旁通管上端，旁通管再與容器連接，一般旁通管上下側接口的中心距離就是設計要求的測量范圍。導波管內壁要求光滑，旁通管管徑40—100ram。由于蒸發(fā)罐是錐形罐，且堿液沸騰，為了避免測量干擾，選擇旁通管式安裝，旁通管可以聚集反射波使反射信號更強并防止液面波動(dòng)，因此旁通管式安裝測量效果更佳。導波雷達液位計的旁通管式安裝如圖3所示。

圖3 導波雷達液位計的旁通管式安裝示意圖

3.2.3導波雷達液位計在蒸發(fā)自動(dòng)控制系統中的應用

在蒸發(fā)工藝中需要監控的主要參數是各進(jìn)出口堿液溫度、液位和流量∞1。蒸發(fā)過(guò)程的自動(dòng)控制是將現場(chǎng)檢測的液位、溫度及壓力等信號送人DCS，然后由DCS中的程序控制系統根據檢測信號自動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)閉，完成堿液進(jìn)料、過(guò)料、出料和自動(dòng)出堿的過(guò)程?，F以蒸發(fā)Ⅲ效為例說(shuō)明通過(guò)對液位的自動(dòng)控制實(shí)現自動(dòng)出堿的過(guò)程，Ⅲ效過(guò)程控制流程如圖4所示。

圖4 Ⅲ效過(guò)程控制流程示意圖

LV一1003A——Ⅱ效過(guò)料閥；

LV一1003B——Ⅲ效循環(huán)閥；

LV-1003C——Ⅲ效出堿閥

蒸發(fā)過(guò)程的自動(dòng)控制步驟如下：

a.當Ⅲ效堿液濃度達到設定的出堿濃度值，

并且Ⅲ效液位高于設定低限值時(shí)，打開(kāi)Ⅲ效出堿閥LV一1003C，成品堿液流向下一道冷卻工序進(jìn)行冷卻；同時(shí)關(guān)閉Ⅲ效循環(huán)閥LV-1003B防止堿液回流；同時(shí)關(guān)閉Ⅱ效向Ⅲ效過(guò)料閥LV.1003A，以避免Ⅲ效同時(shí)進(jìn)料和出料。

b.當Ⅲ效堿液濃度達到設定的出堿濃度值，并且Ⅲ效液位低于設定低限值時(shí)，Ⅱ效必須強制向Ⅲ效過(guò)料，打開(kāi)Ⅱ效過(guò)料閥LV.1003A，防止Ⅲ效因無(wú)料發(fā)生干燒的情況。

C.在出堿過(guò)程中，當Ⅲ效液位低于設定低限值時(shí)，停止出堿，即關(guān)閉Ⅲ效出堿閥LV一1003C，同時(shí)打開(kāi)Ⅲ效循環(huán)閥LV-1003B，再次進(jìn)料、蒸發(fā)、濃縮堿液。

由以上自動(dòng)控制步驟可見(jiàn)，測得準確的液位值是整個(gè)工序能實(shí)現自動(dòng)控制的關(guān)鍵所在。

4 結束語(yǔ)

導波雷達液位計在許多復雜的工況下都能使用，其綜合性能優(yōu)于其他常規液位儀表。蒸發(fā)工序操作工*初采用觀(guān)看旁通視鏡的原始方法獲得蒸發(fā)罐的液位高度，在惡劣的現場(chǎng)條件下，給操作工帶來(lái)許多不安全的因素，而其他液位儀表的使用又不盡人意。在采用導波雷達液位計后，經(jīng)過(guò)多年的使用，證實(shí)該類(lèi)液位儀表不但測量準確而且運行穩定，既減輕了操作工的工作量和儀表工的維護量，又滿(mǎn)足了蒸發(fā)工序過(guò)程自動(dòng)控制的要求，從而*大地提高了生產(chǎn)技術(shù)水平。