摘　要：结合智能型导波雷达物位计在恒运2× 300MW燃煤发电机组应用中出现的一系列问题,进行了深入的分析说明,对仪表的设计选型、安装调试、使用维护等实际问题提出了具体建议,有助于智能型仪表的推广应用。

1　智能化仪表概述 

随着控制技术的不断发展,测量仪表不断向智 能化过渡。智能化仪表在火电厂中大量运用,使测 量准确性更高、使用更方便、维护量更少,提供了更 多的设备信息使设备管理逐步向信息化过渡,促使 电厂工艺流程的监测控制和运行设备的管理维护进 入一个新领域。智能仪表的大力发展和应用趋势是 毋庸质疑的,但同时智能仪表的应用也给火电厂的 设计、安装、调试和维护带来了新问题,只有注意和 解决好这些问题,才能使智能仪表的强大功能更好 地服务于工艺流程控制。

新技术如光、电磁、声波的发展和应用,产生新 的测量原理,加上机械加工工艺的精密和高性能材 料的应用,使测量装置的结构更加紧凑、精密。计算 机技术的大量运用使仪表电控单元更精密和智能, 通过测量参数的不同配置,令仪表获得与实际更相符的测量值,同时仪表通过更人性化的人机界面使 使用者获得更多、更全面的设备状态信息,并能通过 专用通讯设备和通用通讯接口将所有信息远传、记 录和备份,为设备的维护和管理提供了更多数据,确 保仪表设备能更稳定和更准确地运行。

近年来,随着工业生产过程管理信息化不断发 展,智能化仪表在各工业工艺系统中大量使用,应用 中暴露的问题就越来越突出。如何校验和鉴定智能 仪表以及相关的测量指标和校验技术标准依据;如 何合理选型来满足不同的系统工况、不同的被测介 质和不同的工作环境;如何正确设置和合理运用智 能化仪表,这些问题要求设计者、安装者和使用者必 须详细了解智能仪表的技术特性、仪表所使用工艺 系统的工况和安装环境,但在实际工程中这些方面 许多细节被忽视,智能仪表达不到测量要求甚至被 错误使用,造成设备测量不稳定和容易损坏或其智 能化降低,增加维护成本,使其性价比大大降低。 

本文结合智能型导波雷达物位计在广州恒运热 电厂(以下简称恒运电厂)2× 300MW燃煤发电机组应用中出现的一系列问题进行分析,说明智能型仪表在设计选型、安装调试和运行维护中应注意的问题。

2　导波雷达物位计设计选型

导波雷达物位计根据测量形式可分为接触式和 非接触式。根据被测介质的物理属性进行选择时, 液体或固-液混合物因与空气的分界为水平面,一 般选用接触式,而灰、渣、煤等固体因与空气的分界 面为不规则曲面,一般选用非接触。 2种形式的导 波雷达物位计的最大区别是雷达波传导的载体不 同,接触式一般采用不锈钢杆或缆绳,非接触式使用 空气传导。 2种不同形式决定了不同的应用领域, 接触式适用于测量范围较小、抗干扰能力强、测量准 确性要求高的地方;而非接触式适用于测量范围大、 抗干扰能力较弱、测量准确性要求较低的地方。恒 运电厂2× 300MW燃煤发电机组中,除汽包和油箱 之外,其他容器如高压加热器、低压加热器、凝汽器、 除氧器等液位的连续测量,选用E+H的FMP40系 列接触式导波雷达物位计,如渣仓、灰仓和煤仓就选 用E+H的FMR 23X系列非接触式导波雷达物位 计。选用的导波雷达物位计均为一体化结构,采用 正反法兰连接,从上至下垂直安装方式。

2种不同类型的导波雷达物位计的工作原理有 所区别,其原理都是使用高频微波作为测量信号,探 头同时进行雷达波的发射和接受,类似通讯中的 “全双工”;而非接触式的发射波和经固体表面发射 后形成的回波之间产生一个相位差,这个相位差通 过一个快速傅里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一个线性的关系。因 此,通过对锯齿波的相位的检测即可得到一个高精 度的物位信号。一般固体料面的形状是倾斜而且粗 糙的,较小的波长可以最大程度上保证发射出去的 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。由测量原理可知,非接触式导波雷达物 位计更适合用于如储煤仓等处的物位测量。在此, 以储煤仓煤位测量采用非接触式的导波雷达物位计 为例说明选型中的问题。

导波雷达物位计的测量原理如图1所示,DB= 测量盲区,SD=安全距离,E=空标,F=满标(测量 量程)。在设计参数中一般标明F的要求,而在实 际选型时要确认E的大小(仪表量程必须大于E 值),再根据测量准确性要求选择合适量程。因为 是一体化结构,因此,还必须考虑工作环境是否温度高、电磁干扰是否强等因素,可选用大量程的型号,防止雷达波衰减过大造成无法测量的问题。

3　导波雷达物位计安装调试

导波雷达物位计一体化的安装形式,决定了安 装时必须考虑表计在整个工艺系统完成后的维护空 间。在机务设备安装初期,如果仪表先安装到位,部 分机务设备安装位置可能与该电控单元表头冲突。 接触式的导波雷达物位计因金属杆较长,必须考虑 以后拆出的空间距离;而储煤仓的非接触式物位计 在该方面影响较小,但煤仓顶中部一般安装输煤设 备且设备较多,同时为了保证能测量更大区域的煤 位,考虑方便安装维护、避免振动和电磁干扰、利于 物位计长期安全正常工作等综合因素,非接触式物 位计应尽量靠近中部安装。由于物位计安装基座是 现场加工安装,其安装工艺要特别注意,基座的管径 应尽量大,同时长度不能超过仪表探头的长度,以防 止金属壁对雷达波产生干扰,如果条件允许可采用 喇叭型的基座,喇叭口向下安装,这样既能增大基座 壁与探头的间距,又能提高安装的稳定性。法兰焊 接一定要水平,确保雷达波传到后能垂直下引,如果 倾斜,测量的量程就无法确认。

该智能型导波雷达物位计对各项技术指标都有 具体和严格的要求,在安装中必须达到要求才能确 保仪表正常使用,实际上这是智能型仪表的共同特 性。在2种不同类型的物位计中,非接触式的安装 相对灵活方便,特别是周围设备较多、工作环境较 差、常压或开放式容器的物位测量,如储煤仓的煤位 测量就选用了非接触式的导波雷达物位计;而接触 式的多用在安装空间较大、有压、高温的密闭容器 (如高压加热器、疏水扩容器等设备)的物位测量, 一般情况下还需要加装专门的测量安装筒(如图2 所示),以增加安全性和测量的可靠性。

4　导波雷达物位计使用维护

现阶段,我国火电厂使用的智能型仪表大部分 是进口仪表,人机界面和设备说明书均是英文,所 以,使用人员对仪表的技术性能和技术指标不能全 面正确理解,特别是内部参数不能合理设置,均会造 成仪表错误使用,由于中国市场的需求,语言的问题 现已通过汉化逐步得到改善。

导波雷达物位计的电控单元有许多参数应根据 实际情况合理配置,如被测介质容器的结构类型、被 测介质的特性、测量死区、测试参数,又如储煤仓等非 等径的对称容器,如果能正确设置下部锥体的高度和 体积等参数,能使仪表更准确地测量煤位。在进行参 数设定时,要全面理解各设定参数的意义和作用,全 面了解整个测量系统各部件的特性和参数,全面合理 配置才能正确发挥导波雷达物位计的功能。

根据导波雷达的测量原理,若介质特性改变会 影响测量精度(如图2所示),测量筒中的介质长期 不流动,则测量筒必须安装排污阀并定期排污,以确 保测量筒中介质与系统设备中介质特性一致。因工 作职责的分工问题,定期排污工作很难开展,这使实 际运行中导波雷达物位计的测量精度不能得到长期 的保障,而且测量筒内的杂质会严重影响表计的测 量稳定性,特别在机组运行初期,测量筒中存在的杂质造成测量值大幅跳动,表计无法正常使用。这些 问题对设备使用和维护人员的水平提出了更高的要 求,并要求设备的管理和维护制度要有针对性,能解 决维护设备难以操作的问题。

5　结束语

上述提到的诸多问题,大多都是人为因素造成 的,要解决这些问题,要求使用人员必须更多地了解 和分析技术指标,不能忽视技术细节,像储煤仓设备 安装较多、动作环境较差、高压加热器被测介质参数 高等地方,使用人员要做到更细致。该类智能型导 波雷达物位计因其结构精密和智能化,技术参数较 敏感,但其使用中的优越性也是显而易见的。

导波雷达物位计在测量原理方面克服了传统测 量仪表的许多问题,如储煤仓传统采用重锤式物位 计,其结构松散、体积庞大、安装的工作环境差,容易 造成故障甚至损坏,维护量大。而导波雷达物位计, 其结构紧凑、适应工作环境能力强,只要正确选型、 正确安装调试,在日常的使用中是免维护的。导波 雷达物位计还有强大的自检和自校功能,在测量筒 空罐时可使用自校功能,进行测量校准。使用专门 的通讯接口和上位软件给表计的维护提供了更多有 效的手段,不仅可远距离的、全方位的实时测试仪表 的工作状况并检测故障原因,而且其中很多信息不 仅反映了被测介质的实时状况和一些异常状态,也 能反映工艺系统的运行状况。

导波雷达物位计仍有需改善的地方,如接触式 的雷达波传导金属杆可采用多段式装配,使用时可 根据现场实际情况配置金属棒的长度,就算遇到设 计偏差也能灵活解决,使硬件装配和软件组态都能 做到灵活多样就更完美了。

火电厂的控制数字化、管理信息化是必然的趋 势,这种发展趋势有助于诸如导波雷达物位计等类 型的智能仪表的广泛应用,本文对实际工程中遇到 的问题进行分析,希望能有助于智能化仪表的推广 应用。