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雙雷達物位計測量法在干式煤氣柜柜位測量上的應用

作者: 來源: 發布時間:2020-09-10 11:24:48

 摘要: 雷達物位計亚博账号登录是一種利用微波信號的傳輸來測量物位的非接觸式物位計。該文通過雙雷達物位計在煤氣柜柜位測量上的應用,針對應用過程中存在的問題,通過優化煤氣柜雷達物位計安裝以及對物位計雜波、虛假波進行過濾、消除干擾等措施,解決了 2 臺雷達物位計對同一測量對象同時工作時雷達波的相互交叉干擾問題,提高了雷達物位計測量準確性。

 
引言
目前酒鋼公司本部和異地分子公司有 9 座干式煤氣柜,酒鋼本部共計使用 4 座高、焦、轉爐干式煤氣柜,分別為轉煤 5 萬 m3和轉煤 8 萬 m3煤氣柜、 16. 5萬 m3高爐煤氣柜、10 萬 m3焦爐煤氣柜,榆鋼共計裝有 5 座干式煤氣柜,分別為 2 座轉爐煤氣柜、 2 座高爐煤氣柜、1 座焦煤煤氣柜。煤氣柜柜位測量都使用光纖柜位計和差壓變送器靜壓法共同實現對柜位高度的連續測量和聯鎖保護。光纖柜位計的工作原理為: 將鋼絲繩的一端連接到氣柜的活塞上面,當被測氣柜柜位變化時,測量鋼絲繩隨柜頂運動,并帶動光纖傳感器內大繩輪轉動。
 
光纖傳感器將柜位變化值轉變為光脈沖信號,經光纜傳輸到光電轉換器,轉換成電信號后送給二次儀表,處理計算后在二次儀表上顯示,同時可將數據傳送給后級計算機,實現自動、連續地跟蹤氣柜的柜位變化。整個光纖柜位計由滑輪組、光纖傳感器、傳輸光纜、儀表單元組成。滑輪組包括鋼絲繩、導向輪、繩 輪、磁力耦合器、重錘等,均安裝在現場,完成柜位的檢測任務。光纖傳感器是將檢測到的柜位信號轉換為光信號,也安裝在現場[1]。傳輸光纜是將柜位光信號傳輸至控制室的儀表單元。儀表單元包括光電轉換器、二次儀表等,均安裝在控制室內,完成信號的轉換、計算等任務。
 
光纖柜位計的優勢是測量數據可靠。光纖柜位計采用磁力耦合技術及大小繩輪力矩平衡技術,并采用了固定柔性鋼絲繩纏繞路徑、卡具防風來防止鋼絲繩跳槽等措施,使原始數據能夠準確傳遞到二次儀表上,數據可靠性更高[2]。但由于光纖柜位計已連續在線運行多年,其機械轉動部件磨損,性 能 劣 化 嚴 重,測 量 誤 差 大,故 障 率 高。冬季運行時機械部件易結冰卡滯,鋼絲繩容易斷裂,每年需要定期更換 2 次鋼絲繩,并且沒有更換光纖柜位計鋼絲繩的檢修作業標準及安全防護措施,容易造成人員高空墜落,作業非常危險,日常維護也需要投入大量人力物力,而且更換鋼絲繩時需要停止外送煤氣,影響工序正常生產,引起煤氣柜煤氣無法正常回收及造成柜內煤氣放散等一系列問題。針對光纖柜位計存在的問題采用了雷達物位計測量技術替代光纖柜位計測量,為了使雷達物位計能夠在干式煤氣柜上得到應用[3],經過仔細的分析和研究,采取了一系列的解決措施,從而使新型測量技術的雷達物位計得到了很好的應用,同時具有很廣泛的推廣應用價值。 
 
1 雷達物位計的測量原理
物位測量技術經歷了結構上從機械式儀表向電子式儀表發展,在工作方式上由接觸式向非接觸式發展[4]。近幾年來發展較快的是 ToF ( Time of Flight) 行程時間或傳播時間測量原理,又稱回波測距原理,是非接觸測距的一種方法,產品的推出及應用發展都非常快[5]。雷達式物位計具有連續準確測量的特點,其不受溫度、壓力、氣體的影響,與介質表面無接觸,可快速且精確地測量不同介質的物位。同時,雷達物位計幾乎可以測量所有介電常數大于1. 5 的介質。空氣的介電常數是 1,盡管介質的導電性不是很好,也能被很準確地測量[6]。雷達物位計工作原理示意圖如圖 1 所示。安裝在料倉頂部的探頭向倉內發射能量波,當能量波傳播到被測物料面上時,在物料面上被反射,并且返回到探頭上被接收。能量波的來回傳播時間就是波傳播距離的量度[7]。
 
測量物位的計算公式為:
h = ( 1 /2) C·t
式中: h 為探頭到物料面的距離,C 為能量波在空氣中傳播的速度,t 為能量波來回傳播的時間。如果已知料倉高度 L,就可據之計算出料倉內物位高度
H = L - h = L - ( 1 /2) C·t
 
2 雙雷達測量在煤氣柜柜位測量上的應用及改進措施
由于機械柜位計存在測量失準、人工維護量大、維護成本高等實際問題,對8 萬 m3 煤氣柜柜位測量進行了技術改造,在煤氣柜頂部安裝 2 臺 PULS68型德國 Vega 雷達物位計,實現了對煤氣柜柜位的連續測量及聯鎖保護[9]。雷達物位計的測量精度為± 15 mm,測量范圍為 70 m,取代了原來安裝的光纖柜位計和靜壓柜位計。新安裝的 2 臺 Vega 雷達物位計測量信號在計算機下位機邏輯中進行高選邏輯判斷,當任何 1 臺雷達物位計測量信號達到 28 m 條件時直接聯鎖三通閥煤氣放散和風機跳機,雙冗余測量有效地防止了聯鎖保護的拒動作和誤動作。但由于煤氣柜內頂部圓弧型活塞柜頂造成雷達物位計的雷達波散射及 2 臺雷達物位計對同一測量對象同時工作時雷達波的相互交叉干擾等原因造成測量失準,且缺乏對 2 臺雷達物位計同時測量同一物位時交叉干擾波的消除方法[10],造成了測量信號經常在一定范圍內出現波動,致使雙雷達物位計在煤氣柜位測量上一直不理想,嚴重影響了煤氣柜位的測量準確性。通過對現場 2 臺雷達物位計相互干擾來源的分析,查找干擾因素,zui終采用以下 2 步五點濾波法可消除這 2 臺雷達物位計雷達波散射和相互干擾問題[11]。 
 
2. 1 提高回波強度,消除雷達波散射
在煤氣柜活塞頂水平安裝 2 塊規格為( 1000 × 1000 × 5) mm 的金屬反射板,使其垂直于雷達物位計探頭發射的雷達波中心線,從而使回波強度達到zui大峰值,避免了由于煤氣柜活塞頂圓弧形受波面造成的雷達波向四周散射等現象,保證了測量的準確性,如圖 2 所示。
 
2. 2 五點法消除干擾波
采用 PACTWARE4. 1 人機界面軟件用五點法進行雜波濾除[12],即分別在 0 m( 空倉) ,7. 5 m,15 m, 22. 5 m,30 m 處進行干擾波及雜波濾除。在 2 臺雷達物位計同時投入運行半小時后,分別將 2 臺雷達物位計的回波強度調整至zui大峰值( ≥65 dBz) ,對 2 臺運行的雷達物位計分別采用 RS232 通信方式連接適配器,然后對雷達物位計進行五點雜波濾除,如 圖 3 所示。
 
2. 2. 1 操作流程
1) 利用計算機分別與雷達物位計進行通信,收集現場儀表發射、接收雷達波趨勢圖,觀察是否存在異常回波;
2) 對收集到的趨勢圖進行仔細比對分析,判斷干擾因素的來源。有些干擾因素是長期存在的,這樣的干擾很容易被排除解決,而大多數干擾因素都是隨機出現的,這種情況下就要對工藝的生產狀況有非常深入的了解和掌握,并結合生產工藝采取相應措施[13]; 
3) 根據分析結果對雜波、虛假波進行過濾,消除干擾。對于固定的干擾源,可采取軟件屏蔽波的方法消除干擾; 對于隨機性的干擾源,則要根據實際情況對測量地點、測量方式進行改造,或者對生產工藝提出改進意見; 
4) 對屏蔽波段根據分析結果不斷進行優化,做到屏蔽區域不會影響正常的測量范圍,zui終符合工藝生產需要,有效提高儀表設備穩定運行的時間。 
 
2. 2. 2 五點法校驗操作步驟
五點法校驗操作步驟如圖 4 所示。位由 0% - 100% 之間來回變化,無測量失準情況發生即為調校工作完成。經過 2 步五點濾波法,對同時投入工作的雙雷達物位計進行濾波后,有效的保證了雙雷達物位計測量柜位的準確性,又避免了由于柜位計故障和柜位計測量不準確導致的高柜位煤氣放散及風機跳機事故,每年節約高、焦、轉爐煤氣回收損耗費用 150 萬元,柜位測量故障率降低節省了人力及備品備件費用 50 萬元,共計創經濟效益 200 余萬元。更重要的是保證了人員作業安全,還減輕了由于轉爐煤氣放散給環境造成的污染。
 
3 結語
物位測量技術經歷了結構上從機械式儀表向電子式儀表發展,在工作方式上由接觸式向非接觸式發展。近幾年來發展較快的是 ToF( Time of Flight)行程時間或傳播時間) 測量原理,又稱回波測距原理,是非接觸測距的一種方法,產品的推出及應用的發展都非常快。雷達物位計正是利用了該測量原理進行現場在線物位測量[14]。雙雷達物位計煤氣柜位應用在國內外尚屬首次應用,由于 2 支雷達波互相干擾等原因,一直制約著雷達技術在煤氣柜柜位測量上的應用,該方案的實施,解決了由于雷達波散射及雙雷達波互相干擾的一系列問題,在煤氣柜柜位以及其他相關領域都具有較好的推廣價值。

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