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水泥厂常用的料位计的原理和应用

水泥厂常用的料位计的原理和应用
     水泥生产中的原料、半成品、成品均为粒块状或粉状固体物料,对其进行料位测量的场合很多,除生料、煤粉、水泥、混合材库外,篦冷机下料、立窑的卸料等工艺环节都有应用。随着水泥生产自动化水平和控制系统可靠性要求的提高,料位测量控制的作用日益突出。按生产工艺要求,料位测量装置有2类,一是极限料位检测,即料位开关,一般有上、下限2个检测点。一旦料面达到预先设定的料位,即发出控制信号,使喂料或卸料设备进行相应的动作。二是连续料位测量,有定时测定和需要时进行测定2种工作方式,用于较**掌握料面高度的场合。有时为较好满足工艺要求,在一个料库上既设置连续测量的料位计又配置固定高度的料位开关,即2种料位计各司其职互相补充。实际采用的料位计种类很多必须针对不同工艺物料要求、不同料库选用不同的料位计。本文对水泥厂常用料位计的原理和应用进行介绍。
     A、接触式料位计
     1、 电容式料位计原理是插入料仓中的电极与料仓壁之间构成电容器,当仓内物料料位变化引起电容量的变化时,通过转换电路得到相应的控制信号。因为电容量是连续变化的,因此该料位计可以用作连续式料位测量,也可用作料位开关,作为报警或喂料、卸料设备的输入信号。该料位计有造价低、无机械磨损、安装和维修方便等特点。传统的方式是通过调频振荡电路实现电容量到频率的转换,又经限幅放大及鉴频器的线性化,得到相应的电压或电流信号。若使用一段时间后电极(探头)上粘有物料,则往往会导致控制器误动作,现已由传统的检测电容量发展为检测探头与仓壁间导纳的方式。
     依据量程的大小和控制方式的不同,电极设计成杆(棒)式或钢缆(重型钢缆)式,可应用于各种料仓。现在的新型产品为全密封一体化安装结构,采用射频振荡器和数字集成电路,无运动机械部件,“数字标定技术”使得用户可以在空仓的状态下一次完成标定,功能齐全、性能可靠、控制及时、显示直观。
     安装此类料位计时应注意选取合适的安装点,避开下料口;注意信号线的屏蔽和接地,防止干扰。但仓内物料温度、湿度、运动速度的变化以及物料粘挂仓壁和电极等因素的影响,引起电容介电常数的变化。因此若用作连续料位检测其测量精度不高通常用作料位开关。必须定期检查探头和料位开关动作情况并进行校验。
     2、阻旋式料位计是一种料位开关。它也有不同的检测控制方式,如某产品的基本原理是同步微电动机经减速后,带动检测叶片以2.5~5r/min的转速旋转,当被测物料的料位上升使叶片的转动受到阻碍时,检测机构便围绕主轴产生旋转位移。此位移首先使一个微动开关动作,发出有料位信号。随后另一个微动开关动作,切断电动机电源使其停转。只要此料位不变这种状态便一直保持下去。当料位下降至叶片失去阻挡时,检测机构便依靠弹簧拉力使其恢复原始状态。一个微动开关先动作,接通电动机电源使其旋转,随后另一个微动开关动作发出无料信号,只要没有物料阻挡检测叶片的转动,此种状态也将一直保持下去。为防止使用中物料的冲击,库侧安装时应在检测叶片上方的料仓内壁上方安装防护板;如采用加长轴顶置垂直安装时,则应在轴套外安装保护套筒。此种料位开关结构简单、价格低廉、维护方便多用作粉状物料料仓的料满开关,但不适合高温下工作。水泥厂常用的料位计的原理和应用
     B、非接触式料位计
     物位是水泥工业生产过程的主要测量参数之一,和其他行业不同,在水泥工业中主要是固体物料的物位测量,液位测量则很少。固体物料种类繁多,有块料、颗粒状、粉料,这些物料的介电常数、容重、温度、水分含量也各不相同。接触式测量是过去测量物位的主要手段,如电容式、重锤式、音叉式、阻旋式等测量方法,由于测量时仪表和物料是接触的,在使用过程中往往会出现各种问题,如电容的挂料;重锤的断锤、埋锤;音叉的堵料等,且日常的维护量很大。到20世纪90年代,水泥工业开始采用非接触的物位测量,较早成熟的非接触的测量技术有超声波技术和核辐射技术(γ射线),核辐射技术因有放射源,在应用上受到限制。超声波技术近几年来发展很快,是目前应用*广泛的非接触式测量方法,特别在液位测量。在水泥厂超声波物位测量已较普遍应用在原料调配库、原煤库、熟料库等,但超声波必须借助于媒质传播,如在水泥厂的储库物位测量通常以空气作为传播介质,而空气的温度、湿度、组分等的变化会影响超声波传播速度,空气中的粉尘也将衰减超声波的传播信号;当前超声波物位测量仅用于测量块料或颗粒状的物料,对粉仓料位的测量,由于粉仓料位表面在下料时非常疏松,对超声波信号有较强的衰减,故至今还没有测粉仓料位成功的先例。
     3、γ射线料位计常用作料位开关。工作原理是在料库的一侧设置同位素源在另一侧设置探测器同位素源向探测器定向发射γ射线若库内料面低于它探测器检测得出料空信号;若库内料面高于它则物料遮挡、吸收γ射线探测器检测得出料满信号。依据料仓的形状和工艺要求,γ射线料位计可安装在不同的位置。它是非接触式测量,常用于工作环境恶劣的大型混凝土料库,如水泥熟料库。此时,要求所用的同位素源强常用Co60源源强达50~100mCi。γ射线料位计还广泛用在立窑的卸料料封控制上。γ射线被管中的熟料所吸收探测器发出料满信号启动下面的卸料电振机。此时γ射线料位计的同位素源常用源强较低的且半衰期很长的Cs137源。水泥厂常用的料位计的原理和应用

     它还可以用作窑尾预热器防堵的料位报警或者选粉机下料管的锁风。因有时接收器靠近热源,易导致信号失真和仪器寿命缩短,因此在高温环境工作时应重视冷却问题。它的特点是日常运行维护工作量小,操作简单,但也存在γ射线料位计放射源污染环境,放射源的衰减使料位控制不可靠等不足。
     4 、雷达料位计90年代末期,在过程检测领域出现了高性能、低价格的微波物位计即雷达料位计,所谓微波是电磁波,其频率范围为300MHz~300GHz微波的传播速度为3×108m/s如设频率为5.8GHz在大气中波长约为52mm,其穿透力强,传播速度不受粉尘、蒸汽及介质组分的影响,传播衰减也很小;对被测固体物料除要求其介电常数ε>1.8外,物料的温度、压力、密度等几乎不影响对其准确的测量;现有雷达料位计在天线设计和形状确保了接受回波的能量;另外现场调试也十分简单,通过专用的软件,能把正确的回波迅速找到,并立即换算为物位值。由于比超声料位计有其更卓越的性能,近几年来,雷达料位计迅速、大量进入了过程检测仪表的市场,在各行业普遍使用。在水泥行业也几乎由雷达料位计统占物位测量的领域,据统计近几年来新设计的大型水泥厂和粉磨站的各类库和仓近90%采用了各种类型的雷达料位计。
     雷达料位测量原理和主要技术因素  雷达料位计是利用回波测距原理。发射天线向被测目标发射微波,被测目标的微波被接收天线接收,信号处理器将发射信号与接收信号比较,计算出被测距离,由于微波在传播途径上有衰减和干扰反射,故测量的关键是要能接收到反射回波,并识别出有效回波。接收的回波能量大小与天线的发射和接收效率以及天线辐射功率有关,故雷达料位计的天线设计和形状很关键,现有的天线除号角天线(喇叭口)和棒状天线外,还有平面天线和抛物面天线,为用于介电常数较小的物料,将缆绳作为天线或安装导波管,缆绳和导波管一直延伸到库或仓底,由此来传递发送和接收的电磁波,增强了回波的信号。接收的回波能量大小与物料表面的介电特性有关,介电常数ε高,反射率高,得到的回波强度也高;介电常数ε低,物料会吸收部分微波的能量,回波强度也较低。通常要求被测物料的介电常数ε:液体为ε>1.8固体ε>2.5,水泥厂固体ε>2.5,水泥的介电常数ε为3。  在水泥工厂,各种固体物料储存在库或仓里,都存在物料的安息角,回波反射也会象超声波一样存在漫反射,产生干扰回波和假回波,通过软件可排除干扰回波和假回波,但有效回波强度会减少很多,故设计选型时,要考虑衰减,选量程要留有一定的余量。
     雷达料位计的选型 a、脉冲型雷达  用于测物位的雷达料位计通常分为两类:脉冲型雷达(Pulse)和调频连续波雷达(FMCW)。在过程监测场合主要选用脉冲型雷达,由于其频率较低(6.3GHz),并且在天线结构设计时充分考虑了冷凝、积料等影响,还能利用超声波料位计中的回波信号处理,在有搅拌器等复杂工况中也能识别有效回波,价格相对也较便宜,故在水泥行业中主要采用了该种脉冲型雷达。 b、颗粒状物料的选型  在水泥厂原料大多是颗粒状物料,个别是块料,如石灰石、原煤、页岩等,其半成品熟料也是颗粒状物料,储存在库或仓里,都存在物料的安息角,但也有反射介面。根据入料和卸料所形成的物料安息角和表面情况,在确定有效量程后,建议采用非接触型的雷达料位计,即带有棒形或号角形天线的料位计。如用接触型的雷达料位计,会产生对缆绳较大的下拉力,造成事故。根据水泥厂信息反馈,号角形天线的料位计回波更强,**度更高(±0.2%~±1%F.S)。 c、粉状物料的选型  在水泥厂和粉磨站水泥库一般有4~8个,在水泥厂还有生料均化库和粉煤灰库,这些物料全是粉料,非常难测其料位。在库里的粉料表面极为疏松,微波反射相当困难,为此建议采用接触型雷达料位计也可选用 兰的带有号角天线的非接触型雷达料位计,还可把缆绳既当天线又作导波管,合二为一,微波脉冲从探头发出后沿缆绳传播,当脉冲遇到物料表面时会被反射回来,其量程可达35m,被测物料的介电常数ε*低为1.6另外缆绳的耐磨和忍受的*大下拉力,能满足水泥厂各类粉料库的检测要求。目前已有许多水泥厂用缆式雷达料位计测量均化库、水泥库和粉煤灰库的料位,取得较好的效果,
     目前的雷达料位计大多是一体化的产品,由二线制供电,可直接控制系统的模块,输出4~20mA的模拟信号,可节省大量电缆;同时还提供HART数字信号和各种协议的现场总线数字通信功能,和计算机监控系统连接非常方便,既可在现场调试,也可用PC机在控制室调试,如组成FCS系统还可在操作员站调试。水泥厂的物位测量是水泥生产线自动化系统一个重要组成部分,现有雷达料位计在品种、**度、标准材料、耐压、耐高温、防爆等方面都能满足水泥厂检测和控制的要求。
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