微波料位開關在純堿料倉上的應用

張金鵬

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

文中主要介紹了微波料位開關在純堿料倉中的應用。大型純堿料倉的料位參數是保證生產安全性和經濟性的重要參數之一，其測量結果直接影響控制的準確性和生產的連續性，而料倉的極限料位則是測量過程中的關鍵參數。

通過在料倉的低料位處安裝1對微波料位開關，實現對料倉低料位的監測，當料位過低時，接收端接收的微波信號會產生變化，并向分散控制系統(DCS)發出1個開關量信號，實現低料位報警聯鎖。

1　純堿料倉的工況背景

1.1　料倉的結構形式

在某大型純堿項目中，重質純堿料倉如圖1所示。料倉的頂部為拱形結構，上部為圓柱形筒倉結構，下部為錐形結構，錐段高10 m，剖視圖方向的錐形角度為26.7°，整個筒倉高27 m，直徑達18 m。

圖1　純堿料倉結構示意

料倉頂部N1a，N1b，N1c，N1d分別為4個進料口。料倉底部并排設置4個出料口，分別為N2a，N2b，N2c和N2d。由于4個出料口呈矩形排列，因而料倉底部結構不是標準圓錐形結構。圖2為錐形料倉底部的側視圖。

圖2　料倉底部側視圖示意

1.2　重質純堿的物料特性

重質純堿即高純度碳酸鈉(Na2CO3)，密度0.96～1.06 g/cm3，粒徑0.15～0.90 mm。碳酸鈉常溫下為白色無氣味的粉末或顆粒,有吸水性，置于空氣中會逐漸吸收 1 mol/L的水分；長期暴露在空氣中能吸收空氣中的水分及二氧化碳，生成碳酸氫鈉，并結成硬塊。

2　微波料位開關在純堿料倉的應用

由于純堿具有吸水性的特點，為了避免傳感器掛料或者物料吸水附著在傳感器上，因而首選非接觸式的測量方法。同時，由于大型重質純堿料倉的底部結構不規則，且物料下料時會形成一定的安息角，并在料倉內形成較高體積分數的懸浮顆粒物，這些因素會對頂裝、連續測量的雷達料位計等的精度和準確度產生干擾。因此，在該純堿項目中，采用VEGA的微波料位開關測量料位的極限值，實現純堿料倉的低料位報警聯鎖。

2.1　測量原理

如圖3所示，微波料位開關由1個微波發射器和1個微波接收器組成，分別裝在料倉底部的兩端,發射器發出1個連續的24 GHz微波信號，對面的微波接收器接收該信號。如果料位到達一定高度，物料就會阻斷微波的信號通道，使接收器收到的信號產生衰減，從而向控制系統發出1個開關信號。由于微波料位開關不與物料直接接觸，只要微波信號通道被物料阻斷就能發出開關信號，因而非常適用于塊狀或者磨蝕性固料的檢測。

圖3　微波料位開關測量原理示意

2.2　微波料位開關的測量方式

1) 直接測量。當物料對料倉震動沖擊不大，且物料沖刷性和粘附性不強時，可采用在罐壁上直接安裝的測量方式，要求盡可能齊平安裝，或者采取很短的焊接接管，如圖4所示。

圖4　直接測量示意

2) 窗口測量。當料倉倉體震動強烈，或罐壁受力很大的情況下，可采用窗口測量的方式。要求視窗齊平于倉壁，視窗材質根據被測介質的物料特性，可選塑料、橡膠、陶瓷或耐磨損材質。在料倉和微波料位開關之間使用抗震緩沖物，如圖5所示。

圖5　窗口測量示意

3) 接管測量。如圖6所示，將微波料位開關安裝在料倉的長接管上，根據物料的特性不同，可在接管內填充不同的填充物。這樣做的優點： 填充材料不會導致信號衰減；接管內不會粘附物料而導致測量受到干擾；填充物可根據物料的特性進行更換，如強熱輻射的場合可填充石棉、陶瓷纖維或耐火磚等材料；填充材料的形狀可根據料倉的結構形式進行切割，保證其內側與料倉內壁齊平。在該純堿項目中，微波料位開關在錐形料倉底部的安裝方式如圖7所示。

圖6　接管測量

圖7　錐形料倉底部安裝示意

2.3　注意事項

1) 微波是能量的一種偏振形式。因此，必須要把接收器和發射器排列在同一平面內，否則，接收器接收到的能量將隨著偏差角度的增大而增大，甚至無法檢測到能量信號。

2) 當安裝位置選定后，無論是普通測量還是接管測量，須盡量保證設備內側位置或填充物內側與料倉內壁齊平，最大限度地減小物料的堆積，以免引起誤動作。而且，填充物的厚度越大，對微波信號產生的衰減作用越強。不同材質的填充物允許的最大厚度見表1所列。

3) 當微波料位開關安裝位置導致極限料位高度不便于觀測，可采用遠程型微波料位開關。發射器與接收器只作為傳感器，需額外配置信號放大器，安裝在便于觀測的位置，開關量信號通過信號放大器發送至DCS。

表1　常用材質填充物允許的最大厚度

4) 對于環境溫度超過60 ℃的測量，必須填充陶瓷或耐火磚以確保傳感器處于安全環境溫度下工作，否則必須延長接管長度或者配置高溫型適配器。

3　結束語

綜上所述，微波料位開關適用于惡劣的工況，對物料的粘附不敏感，不受強粉塵的影響，也不受物料特性變化的影響，如密度、顆粒度、介電常數、濕度、導電性等。同時，微波料位開關的安裝形式和測量方法也可以根據料倉結構形式的不同進行調整。因此，針對純堿的物料特性以及不同形式的料倉結構特點，微波料位開關在純堿極限料位的測量中能夠達到良好的效果。

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