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摘 要：主要介紹美國羅斯蒙特公司生產(chǎn)的3300系列導(dǎo)波雷達液位計的測量原理及在多晶硅生產(chǎn)中的實際應(yīng)用。詳細說明了其在工程設(shè)計中實際選用時應(yīng)該考慮的各個方面，合理地應(yīng)用導(dǎo)波雷達液位計，使其在液位測量領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)波雷達液位計; 原理; 應(yīng)用; 調(diào)試

0.引言

多晶硅生產(chǎn)流程是一個典型的連續(xù)流程工業(yè)，具有高溫高壓、有毒易燃等惡劣生產(chǎn)環(huán)境特點，對測量和自動化控制要求非常嚴格，其控制效果的好壞直接影響其產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和生產(chǎn)效率。在工藝生產(chǎn)過程中，各類反應(yīng)器、塔、罐都離不開液位的測量，導(dǎo)波雷達液位計是一種接觸式儀表，受溫度、壓力、氣體等影響非常小，具有故障報警及自診斷功能，無需進罐就可以在線安裝、檢修，可遠程修改、監(jiān)控參數(shù)，維護方便，操作簡單，克服其它液位計的許多缺點，節(jié)省設(shè)備維護費用，有效保障設(shè)備和人身安全，提高液位指示的精準性，滿足工藝需求。

寧夏陽光硅業(yè)有限公司選用了美國羅斯蒙特公司105臺3300系列導(dǎo)波雷達液位計，儀控人員在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題，通過各種途徑和辦法逐一解決，確保項目達產(chǎn)后長期、穩(wěn)定、安全運行，對提升我國多晶硅產(chǎn)業(yè)自動控制技術(shù)的水平和產(chǎn)品質(zhì)量起到積極的作用。

1.3300系列導(dǎo)波雷達液位變送器

1.1 測量原理

羅斯蒙特 3300 系列導(dǎo)波雷達液位變送器是一種基于時域反射測量(TDR)原理的智能型兩線制連續(xù)液位變送器，測量原理如圖 1 所示。由雷達傳感器的天線發(fā)出微波，微波沿著探桿到達液面或界面后反射，其中一部分能量被反射，沿著探桿返回，返回的信號又由天線接收，由天線從發(fā)射微波到接收到微波的時間差就可以計算出微波傳播的時間，傳播時間和反射介質(zhì)界面的距離成正比，以此來計算總液位或界面位置。

1.2 結(jié)構(gòu)

羅斯蒙特3300系列的液位計是基于導(dǎo)波雷達技術(shù)的智能、回路供電的變送器和探桿組成。可提供的探桿種類有同軸、硬雙纜、硬單纜、軟雙纜和軟單纜五種，材質(zhì)為 PTFE、哈氏 、316L /316 等。

1.3 特點

導(dǎo)波雷達液位計因為采用數(shù)字化取樣以及信噪比較高的先進信號處理技術(shù)，即使在極其惡劣的工況下，也可對液體和漿狀物料進行非常可靠的測量。由于導(dǎo)波雷達液位計所反射的微波傳播不需要空氣介質(zhì)，因此其傳播速率幾乎不受溫度變化的影響。另外，微波傳播也幾乎不受空氣密度變化的影響，因此導(dǎo)波雷達液位計能在真空或受壓狀態(tài)下正常工作; 對于易揮發(fā)性氣體和惰性氣體，導(dǎo)波雷達液位計的測量均沒有影響。但當被測介質(zhì)處于湍流狀態(tài)，或有大量泡沫時，對微波信號有衰減; 當被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)小到一定值時( 儀表所要求的*小值) ，雷達波的有效反射信號衰減過大，安裝條件不滿足要求都會導(dǎo)致液位計無法正常工作，這時候和羅斯蒙特的技術(shù)專家要多交流，確保儀表選型正確。

2 導(dǎo)波雷達液位計在多晶硅生產(chǎn)中的應(yīng)用

多晶硅生產(chǎn)裝置的氯硅烷臥式儲罐、循環(huán)水儲罐、精餾塔的塔釜和塔頂液位等都采用美國羅斯蒙特3300系列導(dǎo)波雷達液位計法蘭連接安裝在側(cè)裝旁路管來測量介質(zhì)液位。根據(jù)容器內(nèi)外壓力平衡原理，容器和旁路管中的液位是一樣的，測出旁路管的液位就相當于測出了容器內(nèi)的液位。

由于儀控人員在選型時特別注意導(dǎo)波雷達液位計的法蘭和探桿的長短、材質(zhì)，接口尺寸，確保選擇的3300系列法蘭和探桿長度與旁通管完全匹配，所以在儀表安裝過程中，并沒有像其他多晶硅項目里出現(xiàn)探桿短了需重新購買，旁路管尺寸不合適造成儀表安裝傾斜，導(dǎo)致探桿易碰壁，測量不穩(wěn)定等問題，但調(diào)試過程中也出現(xiàn)了一系列的問題。

2.1 剛性探桿導(dǎo)波雷達液位計的使用

剛性探桿導(dǎo)波雷達液位計主要測量精餾塔量程小于 1500mm 的塔頂和塔釜的液位，安裝在50mm 旁通管內(nèi)，由于先安裝的旁通管，后安液位計，探桿在狹窄的空間里彎曲后進入旁通管，易碰壁，通過選用在探桿的末端安裝PTFE定心圓盤，保證探桿在旁通管內(nèi)居中。對于探桿長度小于1000mm，建議不要采用不銹鋼定心環(huán)( 下部靜區(qū)為200mm) ，要采用 PTFE 定心圓盤 (下部靜區(qū)為100mm) 。用于測量液氯和鹽酸的304PTFE 涂層的剛性探桿，在安裝過程中要注意不能刮破外面的PTFE涂層。經(jīng)一次調(diào)試組態(tài)后，剛性探桿測量穩(wěn)定準確。

2.2 同軸探桿導(dǎo)波雷達液位計使用

同軸探桿導(dǎo)波雷達液位計非常適用于測量安裝位置長而小的安裝噴嘴(直徑小于150mm，高度大于直徑100mm) ，見圖2。介電常數(shù)小于2.5的液體，價格較貴，寧夏陽光硅業(yè)只用了三臺，探桿長度1100mm，旁通管為75mm，使用效果不錯。

2.3撓性單引線探桿導(dǎo)波雷達液位計使用

寧夏陽光硅業(yè)旁通管的液位測量*大量程不超過 3000mm，全部都可以選用剛性探桿，但商家技術(shù)人員在選型過程中考慮到運輸?shù)葐栴}，對大于1800mm 量程的都選用撓性單引線探桿，旁通管采用50mm。在2008年11月羅斯蒙特調(diào)試人員對導(dǎo)波雷達液位計進行**次調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)撓性單引線探桿( 軟纜) 碰壁問題很難解決，建議加重錘(自身所帶重錘太輕) ，特意加裝了高50mm，直徑

40mm的重錘，并請羅斯蒙特調(diào)試人員對儀表進行了第二次調(diào)試，經(jīng)過一段時間觀察發(fā)現(xiàn)加了重錘的探桿為2500mm左右的儀表依然會出現(xiàn)碰壁、測量不穩(wěn)定的現(xiàn)象。通過翻閱羅斯蒙特 3300 系列中文參考手冊和英文手冊，都強調(diào)撓性探桿在靜止管上裝的管道直徑 ≥75mm。盡管廠家的技術(shù)專家建議在撓性單引線探桿中間加特氟隆的定心環(huán)的方式來解決碰壁問題，但考慮到測量介質(zhì)是氯硅烷易水解生成絡(luò)合物，造成測量不穩(wěn)定引起工藝不穩(wěn)定，儀表維修量加大。我們提出了解決方案: 一是把測量三氯氫硅介質(zhì)的1800mm 量程的儀表和測量水介質(zhì)1800～2300mm 量程的儀表采用加重錘，50mm 的旁通管不變; 二是剩余2650mm 以上量程的儀表加重錘后，把50mm 旁通管改為80mm 的旁通管。經(jīng)過三次調(diào)試組態(tài)后，在投運期間通過近一年的觀察，發(fā)現(xiàn)很少出現(xiàn)探桿碰壁造成測量不準

的現(xiàn)象。

3.儀表調(diào)試

儀表量程取決于探桿類型和產(chǎn)品屬性且受限于測量時的上部靜區(qū)和下部靜區(qū)。上部靜區(qū)是上部參考點與產(chǎn)品表面之間的*小測量距離。在探桿末端，量程由于下部靜區(qū)而縮小。下部靜區(qū)也隨探桿類型和產(chǎn)品的不同而不同。在靜區(qū)內(nèi)，測量精度降低。在這些區(qū)域內(nèi)，甚至根本不可能進行任何測量。因此 4～20mA 調(diào)整點應(yīng)設(shè)置在靜區(qū)以外。

4 結(jié)束語

導(dǎo)波雷達液位計是目前適用范圍廣、測量準確、維護方便的一種液位測量儀表。隨著價格的進一步降低和性價比的提高，應(yīng)用將會越來越廣泛，在液位測量中發(fā)揮越來越重要的作用。優(yōu)化測量應(yīng)從選型、安裝等根源處著手，在使用中采取*佳的消除干擾措施，才能*大限度地降低儀表故障的發(fā)生率，真正體現(xiàn)其可靠、精度高的特點，為生產(chǎn)過程控制提供精準的依據(jù)。