關(guān)于導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的故障分析及處理

李增剛

（河北大唐國際張家口熱電有限責(zé)任公司，河北 張家口 075000）

隨著電力生產(chǎn)的快速發(fā)展，設(shè)備性能的不斷提高，結(jié)構(gòu)指標(biāo)的不斷優(yōu)化，液位監(jiān)測的手段日益增多。對于液位測量，特別是密封儲罐的液位測量，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)有著不可或缺的重要作用。不同工況下，液位測量的要求也不盡相同，在排除環(huán)境、溫度、壓力等因素的干擾下，針對導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，特別是微處理器技術(shù)的引用，使測量水平得到革命性提升，不僅提高了測量精度和分辨率，范圍也相繼變大，它的出現(xiàn)，使測量儀表穩(wěn)步邁入智能化領(lǐng)域時(shí)代[1]。

1 設(shè)備簡介及工作原理

1.1 設(shè)備簡介

GDGW54 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)由表芯、導(dǎo)波頭、鋼纜及重錘4 部分組成，在復(fù)雜環(huán)境下，特別是高溫高壓工況中，能夠精準(zhǔn)測量液位高度。它采用先進(jìn)的微處理器和獨(dú)特的Echo Discovery 回波處理技術(shù)，發(fā)射功率低，可安裝于各種金屬、非金屬容器內(nèi)，對人體及環(huán)境無任何傷害。

圖1 導(dǎo)波雷達(dá)測量系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of guided wave radar measurement

1.2 工作原理

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)利用時(shí)域反射原理（TDR）為基礎(chǔ)，導(dǎo)波雷達(dá)發(fā)出的高頻微波脈沖沿著探測組件傳播，當(dāng)遇到被測介質(zhì)表面時(shí)，由于介電常數(shù)突變，部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到導(dǎo)波雷達(dá)，發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間間隔與被測介質(zhì)的距離成正比，經(jīng)計(jì)算得出液位高度，如圖1 所示。

2 當(dāng)前狀況

河北大唐國際張家口熱電有限責(zé)任公司為2×300MW亞臨界燃煤機(jī)組，每個(gè)主油箱頂部裝有4 支液位計(jì)，1 支為江蘇杰創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的磁性浮子液位計(jì)，3 支為北京古大儀表有限公司生產(chǎn)的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)，并全部投入使用。在生產(chǎn)過程中，主油箱油位過低或過高都會(huì)引發(fā)危險(xiǎn)。如果油位過高，油箱內(nèi)油氣分離不好，排煙風(fēng)機(jī)容易氣中帶油，停機(jī)后大量潤滑油返回至油箱，存在油外溢的風(fēng)險(xiǎn)；如果油位過低，低于安全油位，油箱內(nèi)射油器容易出現(xiàn)工作不正常，一旦吸入空氣，將造成主油泵出口油壓擺動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生擺動(dòng)，引發(fā)軸承斷油燒瓦事故。

DCS 量程設(shè)置值見表1，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)參數(shù)設(shè)置值見表2，設(shè)備裝置圖如圖2 所示。

3 故障分析及處理

3.1 故障分析

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)常見故障如下[2]：

1）介質(zhì)波動(dòng)引起導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)指示波動(dòng)（這種現(xiàn)象是工藝變化導(dǎo)致，不屬于儀表故障，介質(zhì)波動(dòng)停止后導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)指示也恢復(fù)正常）。

表1 DCS量程設(shè)置值Table 1 DCS Range setting

表2 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)參數(shù)設(shè)置值Table 2 Parameter setting value of guided wave radar level gauge

圖2 設(shè)備裝置圖Fig.2 Equipment installation drawing

2）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的導(dǎo)波強(qiáng)度過強(qiáng)或過弱。

3）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)鋼纜安裝較松或無配重，容易造成鋼纜擺動(dòng)碰壁。

圖3 測量數(shù)據(jù)曲線圖1Fig.3 Measurement data curve 1

圖4 測量數(shù)據(jù)曲線圖2Fig.4 Measurement data curve 2

4）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)鋼纜安裝位置離管壁太近，容易造成碰壁。

5）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測量盲區(qū)過小。

6）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)安裝位置靠近進(jìn)料口，進(jìn)料時(shí)沖刷鋼纜造成指示波動(dòng)。

7）導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)鋼纜表面或?qū)Рㄍ矁?nèi)壁有附著物，影響正?；夭?。

8）實(shí)際液面已超出測量范圍，探入頂部部盲區(qū)或底部盲區(qū)。

9）導(dǎo)波頭內(nèi)部四氟材質(zhì)不嚴(yán)密，部分油氣已進(jìn)入導(dǎo)波頭內(nèi)。

10）表芯故障或表芯與導(dǎo)波頭連接松動(dòng)，造成指示不準(zhǔn)確。

11）參數(shù)設(shè)置不正確，DCS 量程與表芯量程不對應(yīng)，基本參數(shù)設(shè)定不符合實(shí)際現(xiàn)場安裝條件。

12）設(shè)備使用時(shí)間過長，已達(dá)年限壽命。

3.2 案例處理

故障一：2 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測量數(shù)據(jù)無變化，拉直線。如圖3 所示。

分析處理：

1）檢查就地2 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的參數(shù)設(shè)置，并查看回波曲線，發(fā)現(xiàn)無回波。

2）將裝置抽出，檢查鋼纜表面是否有異物附著，鋼纜與底部重錘、鋼纜與頂部連桿是否松動(dòng)，導(dǎo)波筒內(nèi)壁是否有雜物，四氟聚乙烯擋片是否脫落，發(fā)現(xiàn)鋼纜與頂部連桿存在松動(dòng)情況，導(dǎo)致導(dǎo)波頭接收不到返回的信號，無法進(jìn)行液位計(jì)算，是此次測量失敗的主要原因。

3）緊固并回裝上電，曲線恢復(fù)正常。

結(jié)論：鋼纜與頂部連桿安裝松動(dòng)，回波信號無法正?；貍髦翆?dǎo)波頭，影響液位測量。

故障二：1 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測量數(shù)據(jù)波動(dòng)大，頻繁跳變。如圖4 所示。

分析處理：

圖5 測量數(shù)據(jù)曲線圖3Fig.5 Measurement data curve 3

1）檢查就地1 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的參數(shù)設(shè)置，并查看回波曲線，未發(fā)現(xiàn)異常。

2）將裝置抽出，檢查鋼纜表面是否有異物附著，鋼纜與底部重錘、鋼纜與頂部連桿是否松動(dòng)，導(dǎo)波筒內(nèi)壁是否有雜物，四氟聚乙烯擋片是否脫落，均未發(fā)現(xiàn)異常。

3）將表芯拆下，檢查底部與導(dǎo)波頭連接處是否有異物，并用清洗劑清洗數(shù)次后，回裝繼續(xù)觀察曲線變化，問題仍未解決。

4）判斷表芯與導(dǎo)波頭連接插頭松動(dòng)，將裝置拆除并發(fā)回廠家檢測，確定情況屬實(shí)，并調(diào)整插頭偏移角度，重新上電觀察，曲線恢復(fù)正常。

結(jié)論：表芯與導(dǎo)波頭的連接方式為同軸插針式，在拆裝表芯時(shí)，對位不準(zhǔn)確，容易造成插針偏移，影響液位測量的精準(zhǔn)度。

故障三：3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測量數(shù)據(jù)波形異常。如圖5 所示。

分析處理：

1）檢查就地3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的參數(shù)設(shè)置，并查看回波曲線，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖6 測量數(shù)據(jù)曲線圖4Fig.6 Measurement data curve 4

圖7 測量數(shù)據(jù)曲線圖5Fig.7 Measurement data curve 5

圖8 測量數(shù)據(jù)曲線圖6Fig.8 Measurement data curve 6

圖9 測量數(shù)據(jù)曲線圖7Fig.9 Measurement data curve 7

2）將裝置抽出，檢查鋼纜表面是否有異物附著，鋼纜與底部重錘、鋼纜與頂部連桿是否松動(dòng)，導(dǎo)波筒內(nèi)壁是否有雜物，四氟聚乙烯擋片是否脫落，均未發(fā)現(xiàn)異常。

3）將表芯拆下，檢查底部與導(dǎo)波頭連接處是否有異物，并用清洗劑清洗數(shù)次后回裝繼續(xù)觀察曲線變化，問題仍未解決。

4）更換新表芯，重新設(shè)置參數(shù)，上電后觀察曲線變化情況，問題仍未有效解決。

5）將3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與1 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)互換，并合理設(shè)置參數(shù)，調(diào)整后問題仍未解決。

6）互換后的波形如圖6 所示。

結(jié)論：3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與1 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)互換后，波形有所好轉(zhuǎn)，但是出現(xiàn)平頂現(xiàn)象，初步判定該問題與裝置無關(guān)，可能是導(dǎo)波筒的影響。

故障四：3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測量數(shù)據(jù)波形持續(xù)出現(xiàn)平頂。如圖7 所示。

分析處理：

1）3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測量數(shù)據(jù)波形持續(xù)出現(xiàn)平頂情況，相比其它兩支液位計(jì)波形來看，未出現(xiàn)山峰形狀。

2）出現(xiàn)平頂情況，起初懷疑高位量程設(shè)置過小，已進(jìn)入盲區(qū)范圍，影響最大輸出值。

3）油箱實(shí)際油位并未達(dá)到盲區(qū)附近。以磁翻板液位計(jì)為基準(zhǔn)，機(jī)組大修期間，潤滑油全部收回至油箱后，液位顯示為400mm，機(jī)組正常運(yùn)行期間，液位顯示為0mm（定期工作油泵聯(lián)鎖啟動(dòng)除外），運(yùn)行規(guī)程規(guī)定油箱內(nèi)油位零點(diǎn)為1150mm（油箱頂部往下1150mm），因此排除實(shí)際油位到達(dá)盲區(qū)的可能。

4）將3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與2 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)互換，并合理設(shè)置參數(shù)，裝置互換后的波形如圖8 所示。

結(jié)論：3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與2 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)互換后，波形效果有所改善，對比于其它兩支來看依舊不好，由此判斷是導(dǎo)波筒出了問題。

故障五：3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)導(dǎo)波筒內(nèi)壁不光滑，影響數(shù)據(jù)測量。

分析處理：

將2 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)兩導(dǎo)波筒同時(shí)抽出，檢查3 號導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)導(dǎo)波筒內(nèi)壁不光滑，存在毛刺現(xiàn)象，用工具打磨之后，互換位置統(tǒng)一下裝，下裝前用水平儀測量確保垂直度絕對良好，再次觀察波形曲線，如圖9 所示，恢復(fù)正常。

結(jié)論：導(dǎo)波筒內(nèi)壁必須保持光滑度，安裝時(shí)確保與油箱底部相垂直，嚴(yán)禁傾斜下裝。

4 總結(jié)

在儀表回波曲線中，X 軸和Y 軸代表的意義不一樣，X 軸的長度代表纜長設(shè)定值，也就是說，正弦波會(huì)顯示在這個(gè)長度上，儀表會(huì)檢測一個(gè)最具代表性的波形來判定回波，這種情況無疑增加了一些干擾波，很容易將此時(shí)的干擾波當(dāng)成液面回波，且回波曲線指向后移，導(dǎo)致空高測量值不準(zhǔn)確，故纜長不易設(shè)置過長，相比實(shí)際纜長多0.5m 即可（視情況而定）。Y 軸的長度代表盲區(qū)的設(shè)定值，它的大小直接反映出電磁波發(fā)送與接收的質(zhì)量，簡單來講，理論上發(fā)出100 個(gè)電磁波，接收100 個(gè)電磁波，而現(xiàn)場實(shí)際情況中，由于外界干擾的影響，例如泡沫，它會(huì)吸收和折射一部分電磁波，影響回波質(zhì)量。盲區(qū)設(shè)定有講究，儀表出廠設(shè)置的盲區(qū)是0.5m，加裝導(dǎo)波筒后，可改善為0.40m，所以盲區(qū)設(shè)定要大于0.40m，如果設(shè)定太小，直接影響回波質(zhì)量，導(dǎo)致回波曲線上顯示的圖形偏低，使回波強(qiáng)度減弱，數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確。

本文闡述了導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測量系統(tǒng)的原理以及相關(guān)參數(shù)設(shè)置，針對在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，通過查看SIS數(shù)據(jù)圖形進(jìn)行分析比較，找出解決方法，制定整改措施，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將液位計(jì)的性能指標(biāo)充分展現(xiàn)出來，以滿足各種工況下的需求。