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

關鍵詞：導波雷達液位計; 原理; 應用; 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，各類反應器、塔、罐都離不開液位的測量，導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)省設備維護費用，有效保障設備和人身安全，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)自動控制技術的水平和產(chǎn)品質(zhì)量起到積極的作用。

1.3300系列導波雷達液位變送器

1.1 測量原理

羅斯蒙特 3300 系列導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 結構

羅斯蒙特3300系列的液位計是基于導波雷達技術的智能、回路供電的變送器和探桿組成?？商峁┑奶綏U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，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致液位計無法正常工作，這時候和羅斯蒙特的技術專家要多交流，確保儀表選型正確。

2 導波雷達液位計在多晶硅生產(chǎn)中的應用

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系列導波雷達液位計法蘭連接安裝在側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 剛性探桿導波雷達液位計的使用

剛性探桿導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 同軸探桿導波雷達液位計使用

同軸探桿導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)整點應設置在靜區(qū)以外。

4 結束語

導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)。