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微波料位开关在纯碱料仓上的应用

作时间:2018-04-09  来源:  作者:
   

 摘要:固体粉料的料位测量既要满足工艺生产控制要求,又要保证测量准确。在纯碱料仓的料位测量中,根据料仓结构以及纯碱粒径小、密度轻的特点,采用微波料位开关来测量物料的极限料位,并将信号传送至分散控制系统(DCS),在料仓即将满仓的时候停止进料,防止物料外溢,在充分利用料仓存储空间的同时,保证了生产的安全性和经济性。

 
         文中主要介绍了微波料位开关在纯碱料仓中的应用。大型纯碱料仓的料位参数是保证生产安全性和经济性的重要参数之一,其测量结果直接影响控制的准确性和生产的连续性,而料仓的极限料位则是测量过程中的关键参数。
 
         通过在料仓的低料位处安装1对微波料位开关,实现对料仓低料位的监测,当料位过低时,接收端接收的微波信号会产生变化,并向分散控制系统(DCS)发出1个开关量信号,实现低料位报警联锁。
 
1 纯碱料仓的工况背景
1.1 料仓的结构形式
         在某大型纯碱项目中,重质纯碱料仓如图1所示。料仓的顶部为拱形结构,上部为圆柱形筒仓结构,下部为锥形结构,锥段高10m,剖视图方向的锥形角度为26.7°,整个筒仓高27m,直径达18m。
纯碱料仓结构示意
         料仓顶部N1a,N1b,N1c,N1d分别为4个进料口。料仓底部并排设置4个出料口,分别为N2a,N2b,N2c和N2d。由于4个出料口呈矩形排列,因而料仓底部结构不是标准圆锥形结构。图2为锥形料仓底部的侧视图。
料仓底部侧视图示意
1.2 重质纯碱的物料特性
         重质纯碱即高纯度碳酸钠(Na2CO3),密度0.96~1.06g/cm3,粒径0.15~0.90mm。碳酸钠常温下为白色无气味的粉末或颗粒,有吸水性,置于空气中会逐渐吸收1mol/L的水分;长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳,生成碳酸氢钠,并结成硬块。
 
2 微波料位开关在纯碱料仓的应用
         由于纯碱具有吸水性的特点,为了避免传感器挂料或者物料吸水附着在传感器上,因而首选非接触式的测量方法。同时,由于大型重质纯碱料仓的底部结构不规则,且物料下料时会形成一定的安息角,并在料仓内形成较高体积分数的悬浮颗粒物,这些因素会对顶装、连续测量的雷达料位计等的精度和准确度产生干扰。因此,在该纯碱项目中,采用VEGA的微波料位开关测量料位的极限值,实现纯碱料仓的低料位报警联锁。
 
2.1 测量原理
         如图3所示,微波料位开关由1个微波发射器和1个微波接收器组成,分别装在料仓底部的两端,发射器发出1个连续的24GHz微波信号,对面的微波接收器接收该信号。如果料位到达一定高度,物料就会阻断微波的信号通道,使接收器收到的信号产生衰减,从而向控制系统发出1个开关信号。由于微波料位开关不与物料直接接触,只要微波信号通道被物料阻断就能发出开关信号,因而非常适用于块状或者磨蚀性固料的检测。
 微波料位开关测量原理示意
2.2 微波料位开关的测量方式
         1)直接测量。当物料对料仓震动冲击不大,且物料冲刷性和粘附性不强时,可采用在罐壁上直接安装的测量方式,要求尽可能齐平安装,或者采取很短的焊接接管,如图4所示。
直接测量示意
         2)窗口测量。当料仓仓体震动强烈,或罐壁受力很大的情况下,可采用窗口测量的方式。要求视窗齐平于仓壁,视窗材质根据被测介质的物料特性,可选塑料、橡胶、陶瓷或耐磨损材质。在料仓和微波料位开关之间使用抗震缓冲物,如图5所示。
窗口测量示意
         3)接管测量。如图6所示,将微波料位开关安装在料仓的长接管上,根据物料的特性不同,可在接管内填充不同的填充物。这样做的优点:填充材料不会导致信号衰减;接管内不会粘附物料而导致测量受到干扰;填充物可根据物料的特性进行更换,如强热辐射的场合可填充石棉、陶瓷纤维或耐火砖等材料;填充材料的形状可根据料仓的结构形式进行切割,保证其内侧与料仓内壁齐平。在该纯碱项目中,微波料位开关在锥形料仓底部的安装方式如图7所示。
 接管测量锥形料仓底部安装示意
2.3 注意事项
         1)微波是能量的一种偏振形式。因此,必须要把接收器和发射器排列在同一平面内,否则,接收器接收到的能量将随着偏差角度的增大而增大,甚至无法检测到能量信号。
 
         2)当安装位置选定后,无论是普通测量还是接管测量,须尽量保证设备内侧位置或填充物内侧与料仓内壁齐平,最大限度地减小物料的堆积,以免引起误动作。而且,填充物的厚度越大,对微波信号产生的衰减作用越强。不同材质的填充物允许的最大厚度见表1所列。
常用材质填充物允许的最大厚度
         3)当微波料位开关安装位置导致极限料位高度不便于观测,可采用远程型微波料位开关。发射器与接收器只作为传感器,需额外配置信号放大器,安装在便于观测的位置,开关量信号通过信号放大器发送至DCS。
 
         4)对于环境温度超过60℃的测量,必须填充陶瓷或耐火砖以确保传感器处于安全环境温度下工作,否则必须延长接管长度或者配置高温型适配器。
 
3 结束语
         综上所述,微波料位开关适用于恶劣的工况,对物料的粘附不敏感,不受强粉尘的影响,也不受物料特性变化的影响,如密度、颗粒度、介电常数、湿度、导电性等。同时,微波料位开关的安装形式和测量方法也可以根据料仓结构形式的不同进行调整。因此,针对纯碱的物料特性以及不同形式的料仓结构特点,微波料位开关在纯碱极限料位的测量中能够达到良好的效果。
 
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