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摘要：文章根據(jù)成都都江堰拉法基水泥有限公司解決水泥行業(yè)中粉狀固體物位測(cè)量的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，介紹了Sitrans LR400雷達(dá)物位計(jì)的性能特點(diǎn)和使用效果，以及對(duì)各種物位測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了比較；并總結(jié)了使用雷達(dá)物位計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：雷達(dá)物位計(jì) 水泥
背景
具有170多年歷史的法國(guó)Lafarge(拉法基)公司是目前世界上最大的水泥生產(chǎn)廠(chǎng)商。自1994年以來(lái)，拉法基致力于發(fā)展與中國(guó)的合作伙伴關(guān)系，不斷地加大在中國(guó)的投資，并在中國(guó)水泥行業(yè)取得巨大的發(fā)展。2005年8月，與中國(guó)西南地區(qū)最大的水泥生產(chǎn)企業(yè)瑞安建業(yè)正式宣布合并雙方在中國(guó)的水泥業(yè)務(wù)，使作為外資企業(yè)的拉法基瑞安將一舉進(jìn)入國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)產(chǎn)能三強(qiáng)。
作為拉法基在中國(guó)投資最大的干法水泥生產(chǎn)廠(chǎng)——都江堰拉法基水泥廠(chǎng)，于2002年2月正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)量為年產(chǎn)140萬(wàn)噸水泥。都江堰拉法基水泥公司投產(chǎn)初期就依靠先進(jìn)的生產(chǎn)工藝、高效地生產(chǎn)效率和穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，成功進(jìn)入成都市場(chǎng)。
挑戰(zhàn)
對(duì)于拉法基而言，如何選擇可靠高效的自動(dòng)化控制系統(tǒng)及儀表設(shè)備是提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力的重要內(nèi)容。在水泥廠(chǎng)中，對(duì)各種不同的物料倉(cāng)的連續(xù)物位測(cè)量對(duì)于提高和穩(wěn)定整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和安全環(huán)保起著至關(guān)重要的作用。
拉法基曾嘗試過(guò)各種不同的物位測(cè)量技術(shù)以解決這一難題，但是都沒(méi)有得到令人滿(mǎn)意的效果，尤其是在石灰石庫(kù)、熟料庫(kù)、均化庫(kù)、成品水泥庫(kù)等位置，其粉塵極大的特點(diǎn)使很多公司的物位產(chǎn)品都望而生畏。
在使用過(guò)重錘式物位計(jì)、電容式物位計(jì)、導(dǎo)波式雷達(dá)物位計(jì)等接觸式物位測(cè)量方式后，發(fā)現(xiàn)這些在使用除了測(cè)量效果不是很理想外，還存在著鋼纜可能被拉斷以及鋼纜被塊狀物料磨斷而影響生產(chǎn)的危險(xiǎn)性，因此已經(jīng)基本上已經(jīng)放棄了這種接觸式物位測(cè)量方式的選擇
超聲波物位計(jì)雖然是一種非接觸式的物位儀表，在很多領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。但是在成品水泥廠(chǎng)的實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)：它很容易受到粉塵的影響。在停止加料的情況下，超聲波能夠在20m的測(cè)量范圍內(nèi)得到測(cè)量信號(hào)；但是在量程較大（料位較低時(shí)）和粉塵嚴(yán)重（連續(xù)進(jìn)料和放料）時(shí)，基本上處于失波狀態(tài)而無(wú)法正常工作。
拉法基一直在尋找一種能夠使整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)達(dá)到完全自動(dòng)化的可靠的物位測(cè)量方式，使工作人員能從危險(xiǎn)有害的工作環(huán)境解脫出來(lái)，以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
解決方案
為了選擇合適的可靠的物位測(cè)量?jī)x表，都江堰拉法基大量咨詢(xún)了拉法基其他工廠(chǎng)的意見(jiàn)。位于美國(guó)密歇根州的Alpena水泥生產(chǎn)廠(chǎng)是北美最大的水泥廠(chǎng)，年產(chǎn)水泥270萬(wàn)噸，他們的使用經(jīng)驗(yàn)給了我們很大的幫助。據(jù)介紹，該廠(chǎng)原來(lái)也存在著與我們同樣的問(wèn)題。2001年7月試用了西門(mén)子公司當(dāng)時(shí)的新產(chǎn)品Sitrans LR400后，在熟料庫(kù)、均化庫(kù)、成品水泥庫(kù)等測(cè)量工況取得了非常好的效果。
經(jīng)過(guò)慎重地比較后，在眾多國(guó)際優(yōu)秀的儀表供應(yīng)商提供的解決方案中，都江堰拉法基最終采用了西門(mén)子公司的提供Sitrans LR400產(chǎn)品作為連續(xù)物位測(cè)量解決方案, 西門(mén)子公司也給都江堰拉法基提供了很大支持。Sitrans LR400料位計(jì)在都江堰拉法基的使用非常成功.
Sitrans LR400是一款24GHz高頻，采用連續(xù)調(diào)頻工作方式的微波雷達(dá)物位計(jì)，最大量程可達(dá)45米，可以完全滿(mǎn)足水泥廠(chǎng)中各種不同高度的倉(cāng)的要求。
除此之外，它還有以下特點(diǎn)：
1. 能夠穿透嚴(yán)重的粉塵的影響，即使在用于諸如熟料、成品水泥、面粉、飛灰等介質(zhì)的測(cè)量應(yīng)用中，也能得到可靠、穩(wěn)定、準(zhǔn)確地物位測(cè)量。
2. 繼承了西門(mén)子妙聲力50多年的物位制造經(jīng)驗(yàn)而成得先進(jìn)的回波處理技術(shù)——聲智能技術(shù)，能夠在各種苛刻的條件下將真假回波信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)，從而保證物位測(cè)量的可靠性。
3. 采用較長(zhǎng)的喇叭口設(shè)計(jì)，既方便了現(xiàn)場(chǎng)安裝的需要，又能夠得到較小的微波發(fā)射角度，有利于增強(qiáng)回波信號(hào)的強(qiáng)度和避開(kāi)微波雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射范圍內(nèi)的干擾信號(hào)。
4.獨(dú)特的固體型算法。它經(jīng)過(guò)了西門(mén)子公司多年的研究和現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，從而使它能夠在水泥等行業(yè)的各個(gè)粉塵極大的固體物位測(cè)量應(yīng)用中，始終保持著出類(lèi)拔萃的表現(xiàn)。
5.堅(jiān)固的鋁制外殼設(shè)計(jì)。能夠滿(mǎn)足各種惡劣的使用工況。
圖二：Sitrans LR400固體型雷達(dá)物位計(jì) |
西門(mén)子在2005年2月，新推出的固體型LR400在原有的基礎(chǔ)針對(duì)固體物位測(cè)量的特點(diǎn)，做了很多改進(jìn)。比如：將瞄準(zhǔn)器作為微波雷達(dá)物位計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)配置，提高了儀表的性能同時(shí)不增加任何費(fèi)用；喇叭口可以根據(jù)客戶(hù)的實(shí)際需要加長(zhǎng)；量程升級(jí)至50米等。
使用效果
在3年多的使用過(guò)程中，Sitrans LR400始終工作穩(wěn)定可靠，完全解決了在嚴(yán)重粉塵工況中的連續(xù)物位測(cè)量的難題。在熟料庫(kù)、均化庫(kù)等測(cè)量應(yīng)用，在連續(xù)加料放料的情況，通過(guò)西門(mén)子提供的軟件讀取回波圖形發(fā)現(xiàn)，回波信號(hào)基本沒(méi)有受到粉塵的影響，依然非常強(qiáng)烈。
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圖三：在嚴(yán)重粉塵工況下的回波信號(hào)圖 | Sitrnas LR400可靠的性能使都江堰拉法基在各個(gè)重要的料倉(cāng)的物位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全地自動(dòng)化，不再需要工人每天到各個(gè)工況惡劣的料倉(cāng)上用投尺來(lái)檢測(cè)料位，也不必?fù)?dān)心類(lèi)似接觸式物位計(jì)拉斷鋼纜的風(fēng)險(xiǎn)，即提高了物位測(cè)量的可靠性和準(zhǔn)確性，又大大節(jié)省了生產(chǎn)成本，而且還提高了生產(chǎn)的安全性。另外，LR400的設(shè)計(jì)使用壽命為10年，這一設(shè)計(jì)特點(diǎn)也使水泥廠(chǎng)的投資成本達(dá)到最大化。
由于Sitrans LR400近幾年在拉法基各水泥廠(chǎng)的成功應(yīng)用，已經(jīng)成為拉法基公司的推薦產(chǎn)品。
經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
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LR400 |
脈沖雷達(dá) |
投尺 |
超聲波 |
重錘 |
導(dǎo)波雷達(dá) |
電容式 |
γ射線(xiàn) |
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測(cè)量方式 |
微波，非接觸，連續(xù) |
微波，非接觸式，連續(xù) |
人工，非連續(xù) |
機(jī)械波，非接觸式，連續(xù) |
機(jī)械式，接觸式，非連續(xù) |
微波，接觸式，連續(xù) |
接觸式，連續(xù) |
核能，非接觸，連續(xù) |
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準(zhǔn)確性 |
高 |
一般 |
差 |
一般 |
一般 |
高 |
一般 |
一般 |
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量程 |
大，50米 |
一般為30米，30米以上用拋物面天線(xiàn) |
不超過(guò)30米 |
30米（粉塵較小時(shí)） |
一般不超過(guò)30米 |
最大35米 |
最大35米 |
小 |
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粉塵影響 |
基本不受影響 |
粉塵大時(shí)有影響，回波信號(hào)較微弱 |
無(wú) |
影響很大 |
無(wú) |
影響較大，并在掛料的情況工作失常 |
有影響 |
無(wú) |
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安裝要求 |
較低 |
一般，拋物面天線(xiàn)安裝要求較高 |
無(wú) |
較低 |
較高 |
較高，經(jīng)常會(huì)斷纜 |
較高，經(jīng)常會(huì)斷纜 |
非常高，對(duì)人體有危害 |
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價(jià)格 |
一般 |
一般 |
低 |
較低 |
較高 |
較低 |
低 |
高 |
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使用壽命 |
10年設(shè)計(jì)使用壽命 |
一般 |
一般 |
較短，無(wú)法適應(yīng)高溫高壓工況 |
短，如使用不當(dāng)，經(jīng)常埋錘 |
短，掛料時(shí)需經(jīng)常維護(hù)；經(jīng)常斷纜 |
一般，需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；經(jīng)常維護(hù) |
一般為5~7年，根據(jù)放射源 |
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使用效果 |
極佳，幾乎是用于水泥廠(chǎng)任何工況，拉法基推薦產(chǎn)品 |
一般，粉塵大時(shí)，信號(hào)不太可靠 |
可靠 |
可用于原料、石膏等非重粉塵工況 |
信號(hào)比較可靠，但基本已被棄用 |
一般，逐漸趨于被淘汰 |
不理想，一般作為物位開(kāi)關(guān)用 |
可靠，但用的極少 |
表一：在水泥行業(yè)使用的各種物位測(cè)量技術(shù)比較 |
在使用SITRANS LR400的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)有兩點(diǎn)需要特別注意，否則可能會(huì)帶來(lái)意外的影響。
1、
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圖五：自制的防塵罩（右）
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圖四：粘結(jié)在喇叭口上的泥塊，清除泥塊后恢復(fù)正常工作（左） | 防塵處理。
故障現(xiàn)象：雖然微波能夠穿透粉塵的影響，但是在一些粉塵極端嚴(yán)重的情況下，揚(yáng)起的粉塵可能會(huì)粘附到雷達(dá)波發(fā)射電極上，而導(dǎo)致發(fā)射信號(hào)的衰減，甚至完全丟失。有時(shí)候，揚(yáng)起的粉塵非常潮濕，甚至?xí)谖⒉ɡ走_(dá)物位計(jì)的喇叭口上結(jié)成泥塊（如圖四）。一般的情況，只需清除了喇叭口內(nèi)的粉塵和泥塊，就可以恢復(fù)儀表的正常使用。
解決方案：
A、防塵罩。在大多數(shù)情況下，只需要在Sitrans LR400雷達(dá)物位計(jì)喇叭口上安裝一個(gè)PTFE的防塵罩，即可解決此類(lèi)問(wèn)題。在常溫的情況下，只需可選擇普通的塑料薄罩在喇叭口也可以達(dá)到同樣的效果（如圖五）。
B、吹掃系統(tǒng)。在粉塵叫潮濕的情況下，即使使用了防塵罩，但還是會(huì)有泥塊粘結(jié)在防塵罩，定期地更換防塵罩會(huì)增加員工的工作量和降低生產(chǎn)效率。選擇了西門(mén)子LR400的特殊選項(xiàng)——吹掃裝置后，可以將壓縮定時(shí)或連續(xù)地吹到喇叭口內(nèi)，防止粉塵和濕氣的侵入。
2、
安裝位置。
故障現(xiàn)象：避免安裝在靠近進(jìn)料口、倉(cāng)壁以及橫梁等位置，以防止由于意外的干擾引起故障。在水泥廠(chǎng)有一個(gè)倉(cāng)的使用中，發(fā)現(xiàn)物位測(cè)量?jī)x表的指示總是固定在某個(gè)數(shù)值上。西門(mén)子工程師到了現(xiàn)場(chǎng)以后，使用調(diào)試軟件讀取回波圖形發(fā)現(xiàn)在正常的回波前面有一個(gè)較強(qiáng)的虛假回波（如圖六）�；貋�(lái)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的查看發(fā)現(xiàn)，這臺(tái)表由于安裝位置選擇合理，是倉(cāng)壁的一根金屬橫梁被儀表“檢測(cè)”到而導(dǎo)致這一故障。
解決方案：
A、更換至合理的安裝位置。
B、選用帶瞄準(zhǔn)器的固體性L(fǎng)R400。只需稍微調(diào)整瞄準(zhǔn)器的角度，可以將固定干擾的回波強(qiáng)度降到最小。
圖七：在調(diào)整瞄準(zhǔn)器前后的使用效果比較
（注：左圖為未使用瞄準(zhǔn)器的回波圖；右圖使用瞄準(zhǔn)器調(diào)整10°后的回波圖） |
C、利用先進(jìn)的回波處理軟件將固定干擾消除掉。但一般如果干擾回波較強(qiáng)，或者固定干擾位置在測(cè)量范圍“中心”時(shí)，采取固定干擾回波抑制的方式可能會(huì)帶來(lái)“副作用”，而產(chǎn)生較大的測(cè)量“盲區(qū)”。在如前的故障中，由于干擾發(fā)生的位置較高，因此采用回波處理軟件技術(shù)“切除”這一干擾。故障消除后使用至今，一直工作穩(wěn)定可靠，充分體現(xiàn)了Sitrans LR400出色的回波處理能力。
D.露天安裝應(yīng)注意安裝法蘭處的密封.
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