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

------化工行業(yè)對(duì)儀表的需求量非常大，但也是對(duì)儀表要求最為苛刻的行業(yè)之一。由于在化工中往往會(huì)存在高溫、高壓/真空、腐蝕性強(qiáng)、粘度大、過(guò)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(wú)法解決的難題。本文介紹的就是Siemens的雷達(dá)液位計(jì)為解決一家化工廠的液位測(cè)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(cè)量固體介質(zhì)的最佳選擇。

------但是，由于LR400在固體測(cè)量領(lǐng)域的突出表現(xiàn)，使其很少應(yīng)用在液體測(cè)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(cè)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(lái)測(cè)量罐內(nèi)的液位，但是由于測(cè)量介質(zhì)粘度很大，因此這種測(cè)量方式的維護(hù)量很大，而且儀表的使用壽命很短。因此長(zhǎng)期以來(lái)，該客戶試用了很多物位測(cè)量?jī)x表，都無(wú)法很好地解決這一難題。

------基于LR400雷達(dá)液位計(jì)在瀝青的液位測(cè)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(lái)解決這一難題。但是，由于其復(fù)雜的罐內(nèi)結(jié)構(gòu)和測(cè)量介質(zhì)的物理特性，無(wú)法采用安裝導(dǎo)波管等措施來(lái)改善測(cè)量效果。

------對(duì)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(wèn)題。由于雷達(dá)液位計(jì)是利用微波反射的測(cè)量原理，因此蒸汽對(duì)于雷達(dá)的測(cè)量沒有大的影響。在這一工況中，最大的問(wèn)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(lái)得到正確的液位測(cè)量值是這次試驗(yàn)的主要目的。

------該過(guò)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(guò)程

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

------對(duì)于這樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的過(guò)程罐，即使是最有經(jīng)驗(yàn)的工程師都不會(huì)有保證成功的信心。所以，這次實(shí)驗(yàn)，無(wú)論是客戶還是作為Siemens來(lái)說(shuō)，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(shí)安裝了LR400后，上電，在稍稍旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度后，令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，LR400能測(cè)量到自雷達(dá)液位計(jì)以下約6.8m的目標(biāo)，用投尺從安裝位置測(cè)量罐的高度，測(cè)得7.7m，也就是說(shuō)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(cè)量到了最底部的盤管。對(duì)于這個(gè)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(guò)程中，LR400在全過(guò)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(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的回波圖形發(fā)現(xiàn)，水位的回波信號(hào)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(duì)水位的回波信號(hào)的影響不大。

------整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)后，客戶非常滿意LR400的表現(xiàn)，也對(duì)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(wú)法進(jìn)一步測(cè)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(hào)，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(hào)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(zhǎng)*頻率的公式，我們不難推斷出LR400的波長(zhǎng)相對(duì)于一般的低頻雷達(dá)（5~6GHz）來(lái)說(shuō)，其波長(zhǎng)要小的多。

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

------打個(gè)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(gè)固定干擾很多的地方，拋出籃球后，碰到干擾物被反彈回來(lái)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(guò)克服粉塵等影響，準(zhǔn)確測(cè)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(shí)，將會(huì)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(zhǎng)R400是一種頻率調(diào)制的雷達(dá)物位表，其發(fā)射出來(lái)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(guò)旋轉(zhuǎn)了相應(yīng)的角度后使其橢圓形長(zhǎng)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)。