SITRANS LR400雷達(dá)物位計在復(fù)雜工況中的應(yīng)用

------化工行業(yè)對儀表的需求量非常大，但也是對儀表要求最為苛刻的行業(yè)之一。由于在化工中往往會存在高溫、高壓/真空、腐蝕性強(qiáng)、粘度大、過程工藝復(fù)雜等要求，因此在很多化工領(lǐng)域中的依然存在很多無法解決的難題。本文介紹的就是Siemens的雷達(dá)液位計為解決一家化工廠的液位測量難題而作的一次成功的試驗(yàn)，證明了其出類拔萃的性能完全可以應(yīng)用在化工領(lǐng)域中。

一、 背景

------Sitrans LR400作為Siemens雷達(dá)物位儀表中的一款高端產(chǎn)品，其優(yōu)異的性能在水泥、電力、鋼鐵等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用并被證實(shí)為測量固體介質(zhì)的最佳選擇。

------但是，由于LR400在固體測量領(lǐng)域的突出表現(xiàn)，使其很少應(yīng)用在液體測量領(lǐng)域，尤其是化工行業(yè)。這里介紹的是，LR400在化工行業(yè)中的一次應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中的令人吃驚的成功表現(xiàn)。

二、 工況介紹

------客戶為一家南方的醋酸纖維公司，測量的介質(zhì)是含有醋酸、水、各種礦碴等混合介質(zhì)，主要特點(diǎn)是粘度極大，接近于瀝青；有大量蒸汽；壓力不到1Bar。以前該客戶一直使用雙法蘭差壓變送器來測量罐內(nèi)的液位，但是由于測量介質(zhì)粘度很大，因此這種測量方式的維護(hù)量很大，而且儀表的使用壽命很短。因此長期以來，該客戶試用了很多物位測量儀表，都無法很好地解決這一難題。

------基于LR400雷達(dá)液位計在瀝青的液位測量應(yīng)用中的很多成功的案例的原因，我們向客戶推薦了Sitrans LR400來解決這一難題。但是，由于其復(fù)雜的罐內(nèi)結(jié)構(gòu)和測量介質(zhì)的物理特性，無法采用安裝導(dǎo)波管等措施來改善測量效果。

------對于客戶提供的介質(zhì)情況看，介質(zhì)的特性（介電常數(shù)）沒有很大的問題。由于雷達(dá)液位計是利用微波反射的測量原理，因此蒸汽對于雷達(dá)的測量沒有大的影響。在這一工況中，最大的問題是其復(fù)雜的罐內(nèi)結(jié)構(gòu)（見下圖），如何避開罐內(nèi)復(fù)雜的加熱盤管來得到正確的液位測量值是這次試驗(yàn)的主要目的。

------該過程罐高約8m，直徑約3m左右，內(nèi)部有很多復(fù)雜的加熱盤管結(jié)構(gòu)。罐的底部和中間位置（離罐頂約4m）都有三層呈同心圓形狀排列的加熱盤管，最大的圓形加熱管直徑約100cm，圓形加熱管之間的間距約20cm，上下圓形加熱盤管之間還有格柵連接；而且在離罐頂約1~1.5m的中間位置處，有兩根上下重疊的橫管。

三、 實(shí)驗(yàn)過程

------客戶在之前的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，LR400的測量停留在中間位置（離罐頂約4m）而無法測量的下面。

------對于這樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的過程罐，即使是最有經(jīng)驗(yàn)的工程師都不會有保證成功的信心。所以，這次實(shí)驗(yàn)，無論是客戶還是作為Siemens來說，都沒有一定成功的把握。

------分析了客戶的實(shí)際情況后，發(fā)現(xiàn)安裝位置的選擇非常重要，最后選擇的位置是在近圓心的位置，離圓心58~60cm的人孔，之所以不選擇中心位置，主要是為了避開中間的加熱橫管形成的固定干擾影響。

------在人孔上臨時安裝了LR400后，上電，在稍稍旋轉(zhuǎn)了一個角度后，令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，LR400能測量到自雷達(dá)液位計以下約6.8m的目標(biāo)，用投尺從安裝位置測量罐的高度，測得7.7m，也就是說LR400已經(jīng)"突破"兩根橫管和第一層的圓形加熱盤管的影響，測量到了最底部的盤管。對于這個的結(jié)果，客戶和作為SIEMENS儀表工程師的我，都感到非常地"意外"。

------在稍后的注水過程中，LR400在全過程中的表現(xiàn)依然穩(wěn)定且準(zhǔn)確。我用PDM全程記錄了LR400整個實(shí)驗(yàn)過程中的回波圖形發(fā)現(xiàn)，水位的回波信號非常強(qiáng)，能夠從回波圖形中看到加熱盤管的干擾存在，但基本上對水位的回波信號的影響不大。

------整個實(shí)驗(yàn)過后，客戶非常滿意LR400的表現(xiàn)，也對LR400產(chǎn)生了很大的興趣。

四、 總結(jié)分析

------雖然，由于種種原因無法進(jìn)一步測試LR400的實(shí)際使用效果。但是，LR400在如此復(fù)雜的應(yīng)用，能有如此表現(xiàn)，已經(jīng)是非常令人吃驚的了。

------之所以LR400能在這樣復(fù)雜的工況中表現(xiàn)出高人一等的性能，這是因?yàn)椋?

------1、 LR400的發(fā)射角很小，這次使用中采用的的型號，只有9度的發(fā)射角，可以最大程度的避開固定目標(biāo)的干擾。而一般型號的雷達(dá)發(fā)射角在13~20度左右。

------2、 LR400是一種采用高頻雷達(dá)波的FMCW（連續(xù)調(diào)頻）雷達(dá)儀表。其發(fā)射頻率為24GHz，根據(jù)波的特性：速度=波長*頻率的公式，我們不難推斷出LR400的波長相對于一般的低頻雷達(dá)（5~6GHz）來說，其波長要小的多。

------那么，為什么波長小，就能最大程度上的減小固定目標(biāo)的干擾呢？

------打個比方，比如一般雷達(dá)波是籃球，而LR400的雷達(dá)波就好比是乒乓球。如果在一個固定干擾很多的地方，拋出籃球后，碰到干擾物被反彈回來的概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于乒乓球的概率。這也是為什么LR400能過克服粉塵等影響，準(zhǔn)確測量固體粉料的原因之一。

------3、 加熱盤管的被"照射"面都是圓形的，當(dāng)LR400的微型雷達(dá)波遇到圓形的反射物時，將會被很好的"發(fā)散"掉，而不是形成很完整的很強(qiáng)烈的回波。

------4、 選擇了合適安裝位置，盡最大可能避開了固定目標(biāo)的干擾。

------5、 選擇了一定的角度，因?yàn)長R400是一種頻率調(diào)制的雷達(dá)物位表，其發(fā)射出來的雷達(dá)波是呈花瓣?duì)畎l(fā)射，其能量分布是呈橢圓形的，而非圓形的，因此在經(jīng)過旋轉(zhuǎn)了相應(yīng)的角度后使其橢圓形長軸上的能量盡可能的避開了固定干擾的的影響。

------基于這次成功而又意外的實(shí)驗(yàn)，我們有足夠的理由相信：如果能夠合理的選擇應(yīng)用LR400，它一定能在化工領(lǐng)域也能有更加出色的表現(xiàn)。