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雷达物位计在高炉上的应用
雷达物位计在高炉上的应用

测量原理

柳钢鱼雷罐液面测量采用了Siemens的SitransLR400型雷达物位计，它是专门针对粉状固体的测量特点而研发的非接触式雷达物位计。使用24GHz微波作为测量信号。其波长较其他频段的雷达波的波长要短得多。一般来讲，固体料面的形状倾斜而且粗糙，较小的波长可以最大程度保证发射出去的雷达波能够在粗糙的固体表面最大程度地被反射回雷达探头。

采用FMCW连续调频的工作方式,如图2所示。其基本测量原理是，探头同时进行雷达波的发射和接受，类似通信中的“全双工”；LR400采用了波形为锯齿型的微波，发射波及经固体表面反射后形成的回波之间产生一个相位差，这个相位差通过快速傅立叶的转换后，形成一个频谱，这个频谱与雷达物位计测量的距离呈线性关系。因此，通过对锯齿波相位的检测即可得到一个高精度的物位信号。依据FMCW测量原理，雷达波能够源源不断地“射”向测量介质，使其抗干扰能力加强，“失波”的可能性降到最低，从而提高了它的可靠性。

采用四线制设计。四线制的设计保证了仪表有足够的功率来发射足够强的能量来满足恶劣的测量条件，LR400能够测量介电常数低至1.5的介质（自然界绝大部分的介质的介
电常数大于1.5），最大量程50m。

由于使用高频信号，因此，发射角度最小可到8°，能够最大程度地避开固定干扰的影响。

最新推出的固体型LR400雷达在以往的基础上，作了很多改进，这些改进是：

⑴新瞄准器，将瞄准器作为新的固体型雷达的标准配置。瞄准器可保证LR400即使用于介质表面倾斜角度较大的工况，介电常数较低的化学品粉末也能得到较强的信号。

⑵提供了2”、3”、4”（5.8,7.62,10.16cm）三种不同尺寸的喇叭天线的选择，能够满足不同的现场的要求。

⑶改进了LR400的固体算法，能够专门适用于各种复杂的固体测量。

⑷采用了新的算法，导波性能得到很大提高，增加了延长管（最长至592mm的天线设计）的选项，使其能够满足一些安装立管较长、仓顶过厚的安装条件。

⑸设计了新的PTFE平面防尘窗口，在粉尘扬气非常大的工况工作也能非常稳定。

值得一提的是，现场的工况比较恶劣，常有矿石掉落在现场，由于LR400的标准配置是坚实的铝外壳设计，因此即使在恶劣的现场工况，LR400也能正常工作。

3在高炉上的应用效果

如图1所示，在高炉中，主要有三个物位测量点：高炉料面测量；高炉布料仓料位测量；鱼雷罐铁水液面测量。以鱼雷罐铁水液面测量为例，测量效果是不错的。

在这一测量点上，应用Siemens雷达物位计尝试了三种不同的方法解决高温问题，均取得良好效果。

（1）在加长的安装立管上安装氮气通道，注入氮气以降低雷达液位计的喇叭天线口过程温度。

（2）采用导波弯管的设计，避开由于辐射引起的超高温。利用LR400的导波特性，设计制作导波弯管来避开仓顶安装出口处的高温气体；为了降低传导热的影响，整个导波管的长度超过2m，使管内高温气体能够得到足够的降低。安装了导波弯管后，安装法兰口的温度小于100℃，经过2~3星期的现场使用，物位测量结果基本准确。

（3）由于LR400具有很小的发射角度（8°），因此，使LR400的喇叭天线与安装口保持一定的距离，以降低过程中的超高温。

4方案优化

在鱼雷罐铁水液面的测量中，由于罐口结渣以后可视面积比较小，会造成导波管无法对准罐口进行测量；并且由于鱼雷罐车进料口不断扬起的灰尘容易粘附在导波弯管管口上，造成仪表在使用一段时间后，出现信号漂移直至出现高位报警的现象。

如果制作一个带大喇叭口的导波弯管从理论上讲，是可以解决如上问题，但是制作代喇叭口的导波弯管难度较大(不允许有明显的焊缝)，且费用较高。

因此，通过对西门子Sitrans系列雷达液位计的了解，西门子雷达液位计集成了最先进的声智能回波处理技术，可以通过对复杂的回波修正的方式来消除杂波的干扰。因此，可以考虑直接在除尘罩上安装雷达物位计，把探头至罐口这段距离的干扰回波通过西门子PDM软件来消除，直接读取罐口以下的波形进行测量。这种优化的方案相对而言，既有使用和安装成本低；无需压缩气体吹扫，提高了系统的可靠性等优点。