摘要：在石化装置中过程级雷达液位计的选型需要仔细斟酌，通过复杂工况中雷达液位计的成功改造案例，结合工程实践经验对比国内相关产品，提出合理的液位计选型思路。介绍了雷达液位计的类型，分析了不同种类的雷达液位计在复杂工况下的优点和局限性，总结了应用经验，阐明了高频雷达液位计在特殊工况下测量的性。
关键词：雷达液位计；雷达；波束角；时域反射法；调频连续波
随着工业自动化技术的不断提升，石化装置对于工艺参数的测量要求也随之提高，而液位测量在工艺参数测量中占据了十分重要的地位。
在液位测量中，就地液位计的选择相对较少，常用的有磁浮子液位计、玻璃板液位计等。而在远传液位计的选型中，由于工艺介质种类繁多，液位计的测量原理不同等因素，设计选型差异较大，故要求仪表设计人员必须对工艺流程、物料特性等十分了解，同时清晰地认识到没有一种液位计能够适应全部的工况。
２０世纪８０年代随着雷达技术民用化，工业自动化领域液位测量有了一次质的飞越。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备，雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。计量级雷达液位计在罐区使用较多也比较成熟，但是生产过程中，雷达液位计在使用、选型乃至产品系列等方面存在参差不齐的问题，造成对于雷达液位计的评价褒贬不一。
笔者结合某复合肥项目中液位计的选型、现场使用及改造情况，总结分析了雷达液位计在复杂工况下的应用，方便设计人员在相同或类似的工况液位计选型时参考。
1.雷达液位计简介
雷达液位计原理
雷达液位计是基于电磁波发射和反射接收来判断物位的测量仪表。按照发射信号种类分为脉冲雷达和调频连续波雷达两大类。脉冲雷达是基于时域反射法（TDR）进行测
量，即雷达天线发出高频脉冲电磁波，电磁波以光速传播，当遇到被测介质表面时，雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算得出液位的高度。调频连续波雷达是基于调频连续波（FMCW）的频率差进行测量，即雷达使用同步调频技术，发射器和接收器安装在顶部，发射器向液面发射频率经过线性调制的微波信号，当微波信号向下传播到液面后被反射回接收器时，由于时间延迟，发射信号的频率发生改变，通过接受到的反射波与发射波的频率差，计算出雷达波通过的距离。
一般来说，调频范围越大测量距离越远，线性度越好，分辨率越高。
2.液位计选型分析
设计过程中液位计选型主要根据如下几个要点：
1）反应釜液位具有一定复杂性，在反应过程中需要搅拌升温加热，过程中液体不同位置密度存在一定差异，液体对罐壁的压力未必能正确反应液封的真实高度。
2）反应过程中介质随着反应与搅拌的速度密度不断变化，每段的密度不同。
3）测量介质在反应釜中以黏度较高的浆料状态存在，采用旁通管引出可能会发生沉淀或者堵塞等情况。
4）反应过程中产生的氨气与水蒸气一并自反应釜抽出。
上述选型要点1和2限制了双法兰、差压式液位变送器、浮筒液位计、磁致伸缩液位计、磁翻板液位计的使用；要点3则限制了带旁通管的导波雷达液位计和捆绑式磁致伸缩液位计的使用；要点4是否会影响雷达液位计的测量将是个亟待解决的问题。此外，放射性液位计由于投资、存放、业主方顾忌使用等方面原因未列入选择范围。
经与工艺专业技术人员反复探讨，选出如下方案：双法兰液位变送器加密度补偿；引出旁通管加冲洗水；非接触式雷达液位计。
但是前两个方案对于测量液封的效果和准确性都略差。
*终经与工艺专业及仪表生产厂家技术人员沟通，虽然反应产生的氨气是极性气体分子，它可能会吸收电磁波，温压变化将引起气相层相对介电常数的变化，电磁波在高温高压的水蒸气或其他极性分子气体中传播的速度会明显降低等情况出现。设计人员认为氨气在抽出气中浓度较低，温度压力都比较低，多方考虑下，设计*终选用了6GHZ的非接触雷达，天线型式为喇叭口。目前发现不适合用26GHZ雷达测量的介质有：液氨、氯乙烯、氯甲烷、氟利昂。
3.现场实际情况反馈
在开车的阶段该液位计运行正常，能够准确测量并指示液封的位置。这就证明了在该种工况下氨气及水蒸气没有明显影响雷达液位计的测量，设计思路及选型是正确的。装置运行一段时间后现场反馈，由于现场位于中国西北部，昼夜温差较大，造成雷达在一个周期内有1`2次跳变。当仪表工到现场拆法兰对喇叭口进行擦洗处理后，读数恢复正常。在雷达的喇叭口内外壁也有明显的结垢层，当雷达发射天线有结垢层或雷达天线有蒸汽聚集成液滴时，液位的读数会跳变。金属喇叭被冷凝和粘附，影响测量；同时金属喇叭在该工况下也会被腐蚀。
设计人员在装置停车后到现场准备改造方案，发现反应釜筒体及封头的挂料及糊料现象严重，可以看到气相侧糊料层基本能够达到20mm以上，在搅拌杆及上部筒体*厚处能够达到50mm。
4.问题分析
经与工艺、现场仪表技术人员沟通以及对工艺流程的探讨分析，*有可能造成结垢层的原因如下：
(1)由于须保证反应，生石灰投入量大于溶液量，两者反应过程剧烈，反应产生的氨气和反应热形成的水蒸气上升过程中，会产生一定数量的泡沫，部分未反应的生石灰以及反应中的熟石灰、钙等被氨气泡沫、水蒸气等带至设备上部，生石灰附着在罐壁、雷达法兰短管、雷达天线处，这些物质与水反应，在放热反应的影响下被逐渐烘干，形成结垢，将这些部位包裹起来，随着反应的进行，附着层逐渐加厚，从而影响雷达波的发射和接收。
(2)搅拌桨转速较快，加上生石灰与的反应剧烈，液体碰到罐壁溅起的溶液附着在罐壁、雷达法兰短管、雷达天线处，随着运行时间变长并逐渐加厚。
5.改进方案
设计人员到了现场先检查雷达液位计安装的位置和方式，排查了电缆的敷设，分支电缆、主电缆及接地线的连接，均符合标准规范，排除了现场电机及其他电气设备对信号的干扰。
6.结束语
本文仅是针对该装置的复杂和特殊性，做出的选型改造方案，虽然*终使用了高频雷达液位计取得了改造的效果，并不能代表高频雷达适用所有的工况，仅说明高频雷达有一定的性。本文提供了一个分析思路和工作流程，所以仪表设计人员需要根据工艺条件，熟悉工艺流程还需要熟悉仪表产品的性能，紧密结合现场及时跟进现场反馈，才能选择优异的选型和解决方案，作出较优的设计方案。
