HFRD80B2T2P2D6P4A1M3A2D2d高频雷达料位计质量好的
技术发展趋势与创新方向
79-81GHz频段开放使角分辨率提升至0.5°，可识别小型障碍物。MIMO技术通过4×4天线阵列实现三维物位成像，实验室精度达±1mm。太赫兹雷达（300GHz）正在研发，适用于纳米粉体测量。AI驱动的自适应滤波算法能自动优化回波处理参数，调试时间缩短90%。数字孪生技术实现虚拟传感器校准，预测剩余寿命准确率＞95%。2025年将普及的5G工业物联网（IIoT）版本，支持毫秒级刷新率与云端协同控制。
化工领域需满足ATEX/IECEx防爆认，隔爆型（Ex d）外壳可承受内部1.5MPa爆炸压力。本安型（Ex ia）设计将回路能量限制在1.2W以下，适用于Zone 0区。传感器整体防护等级达IP68，可短时浸入10米水深。某海上平台应用案例显示，通过SIL3认的冗余传感器系统，平均无故障时间（MTBF）超过15年。光纤传感技术彻底消除电火花风险，已应用于氢气储罐监测。
本文旨在通过实践来探讨电厂低压给水加热器上液位的测量，并解析了加热器结构及其采用各种不同液位测量仪表的历程和工况特点，论述了导波雷达液位计在低压给水加热器上的使用优势，藉此给电力行业热工人士提供一些有价值的参考。
给水加热器的结构与功能
给水加热器是一种利用汽轮机抽汽加热给水，以提高热效率的加热设备，是电厂回热系统的重要辅机之一。加热器的工作原理是利用汽轮机做过功的乏汽加热凝结水和给水，而不是直接将乏汽排入凝汽器，以充分利用乏汽的焓，降低冷源损失，同时减弱锅炉受热面的热应力。
加热器按汽水传热方式的不同，可分为表面式和混合式。目前，在火力发电厂中除了除氧器采用混合式加热外，其余高低压加热器均采用表面式加热。按照水侧的布置方式和流动方向的不同，表面式加热器又分为立式和卧式。
表面式给水加热器的特点，是加热工质（汽轮机的抽汽）与被加热工质（锅炉给水）相互不混合，通过管壁来传递热量。传热管内是给水，传热管外是蒸汽。蒸汽在加热器里放出热量并凝结成疏水，由疏水口排出。由于加热蒸汽通常都具有一定的过热度，为使给水温度达到所期望的值，同时加热面积尽可能的少，可设置一个过热蒸汽冷却段，以充分利用抽汽的过热度。蒸汽由汽相变为饱和水，同时放出汽化潜热的过程是在凝结段里完成的。凝结段是给水加热器的主要换热区段，管内给水大部分的焓升是由这一区段提供的。因此，具有凝结段的加热器是电厂用给水加热器的基本型式。
加热器中液位测量的重要性
加热蒸汽和被加热的水之间是通过金属表面来传递热量的。由于传热热阻的存在，给水不可能被加热到蒸汽压力下的饱和温度，不可避免地存在着一个端差。因此，给水端差（TTD = Terminal Temperature Difference）和疏水端差（DCA = Drain Cooler Approach temperature difference）是加热器的两个主要。给水端差和疏水端差的设置，直接影响到机组的率和运行的性。给水端差又称为上端差，是加压器蒸汽压力下的饱和温度与出口给水温度之差。疏水端差又称下端差，是离开加热器汽侧的疏水温度与进入水侧的给水温度之差。
图1 卧式表面式给水加热器结构实物
合理的给水端差的设置，能够有效提高热交换效率，是成本控制及盈利能力的重要组成部分。在实际运行中，给水端差增大的原因有:加热器的抽汽压力和抽汽量不稳定；加热器受热面结垢使传热恶化，增大了传热管内外温差；加热器内积聚了空气，不凝结的空气附在传热管表面形成空气层，妨碍了蒸汽的凝结放热，增大了传热热阻；凝结水或给水的部分或不经过加热器，而是从加热器旁路通过；凝结水位过高，淹没了一部分传热管，使传热面积减少。而给水端差过小，纵然可以提高热交换效率，但加热器长期处于过热状态，会大缩短使用寿命。由此可见，在日常操作中，维持合理的加热器凝结水位高度，从而找到热交换效率和设备寿命之间的平衡点，成为热工控制的首要任务。
加热器中液位测量的发展历程
给水加热器中存在高温、高压及大量蒸汽，恶劣条件使之成为测量的难点。给水加热器的水位检测历经了几个发展阶段，从初的磁翻板液位计、浮筒液位计、直到今天比较常用的差压变送器和导波雷达液位计。
磁翻板液位计又称就地水位计，是为传统的一种水位测量方式，至今仍然是加热器的标准配置。磁翻板液位计利用浮力原理，根据加热器的设计温度、压力及水的密度，制造出满足工况条件的浮子。浮子装在和加热器相连的筒体中，筒体中的水位和加热器中的水位等高，而筒体内浮子漂浮在水面上，即代表水位的高度。浮子内的永磁铁通过磁耦合作用引起筒体外的小磁板翻转，通过小磁板两面颜的不同，来就地读取加热器中的水位高度。磁翻板液位计是一种稳定的测量技术，但它存在两大缺陷。一是测量精度不高。因为加热器中的温度和压力的变化，凝结水的密度也发生变化，根据阿基米德浮力定律f浮=ρgV，当凝结水密度变化时，浮子浸没在水中的体积也发生变化，因此浮子淹没高度的变化会影响到测量精度。二是就地水位计在初的时候没有远传信号。
浮筒液位计是上世纪80年代至本世纪初常用的加热器水位测量方式。因为浮筒液位计集成有信号转换器，所以能够提供远传信号。但是浮筒液位计也是基于浮力的原理，因此同样面临着测量精度差的问题。此外，浮筒液位计多数采用扭力管式测量原理，表头笨重且需要周期性的标定，给使用和维护带来了诸多不便。
图2 导波雷达液位计工作原理
随着差压变送器技术的发展和产品性价比的提升，差压变送器配合平衡容器成为本世纪以来较为常用的加热器水位测量方式。但无论是采用双室平衡容器，还是采用单室平衡容器，对于测点位置的选取和安装都有较高的要求。因为，低加汽测可能工作在负压工况下，所以测量值波动大，影响到生产人员的正确操。此外，差压变送器的测量原理是:ΔP=ρgh,为达到地测量，需要对密度、温度及压力进行补偿。
导波雷达液位计采用的是时域反射原理（TDR原理，Time Domain Reflectometry）。导波雷达的工作原理，是由表头高频脉冲发生器产生电磁脉冲波信号，该信号沿着导波杆（探杆）向下传送，当遇到比此前传导介质（如空气或蒸汽）介电常数大的液体表面时产生反射信号，用超高速计时电路测量出脉冲波信号从发射到接收的传导时间。传导时间与电磁脉冲波速度乘积的一半，即代表被测介质表面到导波雷达液位计过程连接处的距离；通过给定的容器高度减去距离，计算得出液位的高度，从而达到对液位的测量。
导波雷达液位计的测量原理及优点
时域反射理论模型早在1939年就已建立，初用于电信业查找电缆断点。上世纪90年代中后期，部分液位计厂家致力于将TDR技术应用于工业仪表，称之为导波雷达液位计。导波雷达液位计问世后，随即成为物位测量的一大利器。导波雷达液位计的测量结果和被测介质的温度、压力、密度、粘度、电导率和介电常数无关，可以用于测量液体、浆料和固体，也可以测出物位或某些工况下的液体界面。因此，当导波雷达液位计满足设计温度、压力、量程、精度、材质及安装位置的要求时，是一种理想的物位测量仪表，几乎可以取代大多数物位计。当然，导波雷达液位计也同样面临着一些使用的限性，如其典型精度为±3mm、对温度和压力耐受的限、当介质粘度高时在探杆上形成挂料、固体介质容易磨损并拉断探杆，以及容器内的搅拌影响探杆的安装等。
做为一种探杆和被测介质相接触的接触式物位测量仪表，导波雷达液位计的选型重点集中于探杆形式。为此，各导波雷达液位计厂家研发生产出不同的探杆形式，以满足各种工况的要求。如笔者所使用过的美国Magnetrol品牌的导波雷达液位计，就有多达22种探杆形式可供选择。
图3 单杆探杆信号轨迹图、通州探杆信号轨迹图、同轴探杆实物图、通州探杆实物剖面图
那么，如何选用合适的探杆形式呢？首先，需要考虑探杆对温度和压力的耐受。其次，需要考虑电磁脉冲信号在探杆上传播的轨迹。
单式探杆（单杆、单缆）上信号轨迹呈逐步发散的状态。在信号的轨迹范围内，可能会产生干扰信号影响到液位的测量。典型的干扰信号有安装管嘴，以及容器内的焊缝、焊渣和结构件等。同轴探杆的信号则集中在同轴探杆内。同轴探杆的结构是中间有一根实心金属杆（通常直径为8mm），电磁脉冲信号在金属杆上传播；其外侧是一根金属套管（通常直径为22mm），金属套管作为金属杆的屏蔽层，起到屏蔽外部的干扰信号及集中信号的作用，以提高信号的灵敏度，便于测量介电常数较低的介质。因此，采用同轴探杆可以不用考虑安装位置及容器内结构对测量带来的影响，是理想的一种探杆形式。同轴探杆的限在于，其量程受限，通常为6m左右，以及高粘度介质所形成的“搭桥”现象。
那么是不是说使用导波雷达液位计测量低压加热器液位，只需考虑到以上两点就了呢？实际上，还需要结合电厂低压加热器实际工况中存在大量蒸汽的特点。一是要考虑蒸汽的侵蚀作用对于探杆和表头之间密封部分的材质选择和制作工艺的考验。见图3红圆圈部分。依据笔者经验，选择应用业绩多、历经实践考验的品牌是产品的有效保障。二是需要考虑蒸汽工况下，电磁脉冲信号的传播在蒸汽中被衰减的情况。通常，导波雷达的测量原理可用以下公式来表示:
L=D – C0.t/2
L=液位高度
D=容器高度
C0=真空中的光速
t=发射信号和反射信号的时间间隔
在蒸气工况中，实际的液位以 L真来表示，实际的信号传播速度用C真来表示；仪表测量出的液位以L测来表示，那么:
L真=D – C真.t/2
L测=D – C0.t/2
因为C真L测。依据导波雷达液位测量值来控制凝结水的高度，所造成的实际影响是凝结水位过高，致使低压加热器内部分传热管被淹没在凝结水下，热交换效率下降，给水端差增大。
图4 7×S蒸汽探杆结构剖面图
通过实际的观察数据和相关的文献资料信息，在低压加热器的工况条件下，C真和C0之间的差异在2%~5%之间。因为C真受到蒸汽温度、压力的影响而不断变化，所以仅从改变仪表系数的方面来进行C真的修正，还是不能很好满足对测量准确度的要求。
对于C真进行实时的补偿，是导波雷达在蒸汽工况下能完成准确测量的先决条件。笔者所使用的Mangetrol导波雷达液位计采用了专利的蒸汽探杆，用于实时的C真补偿，其补偿的工作原理如下:
在蒸气探杆中，距离表头下方125mm处安装有一个蒸汽目标(Steam Target)，表头每秒会发送一个询问信号，该询问信号到蒸汽目标后被发射回表头的时间t问询被测量。此时，电磁脉冲信号在当前工况下的速度C真可以用以下公式准确计算出来:
C真=d/t问询，其中，d=125mm
获得C真后，导波雷达将以此值来进行真实液位值的计算，从而达到实时补偿的目的。
小结
综上所述，Magnetrol专利的蒸汽探杆，集成了同轴式、良好的蒸汽隔密封及实时蒸汽补偿的优势。同时，Magnetrol致力于同轴探杆的大规模推广，具有同轴探杆生产的规模优势，给电力行业用户带来了高性价比的产品。此外，Magnetrol专利的AURORA系列液位计，将磁翻板和导波雷达液位计集成为一体，提供了重要应用场合的现场和远传测量，减少了过程接口数量，避免了潜在泄露点，提高了使用维护的便利性。
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如下图回波曲线所示，此时的液位是0.88m，界位是0.323m，油层厚度是0.56m，分别输出到罐旁表显示，三路4~20mA信号输出到中控室。个回波是油面液位回波，第二个回波是油水界面回波，回波强度很好。测量稳定，取得了良好的测量效果。
▲ 回波曲线清晰
▲ 测试数据稳定
UDR1000-54测量优势:
1. 导波雷达界面测量不受介质密度变化的影响，因此测量、。
2. 可实现界面和液面的同时测量和输出，不受满罐影响。
3. 在满罐和非满罐情况前均可实现界位和液位的测量。
4. 导波雷达是微波测量原理，受工况环境因素影响小，测量更。
5. 导波雷达可以实现免调试、免维护。
6. 支持油在下水在上测量。
因此，在油水界面和油层厚度测量上，相对于电浮筒和差压液位计，UDR1000-54系列导波雷达界位计可以实现更加，同时使用又更加简单方便的界面测量，是界位测量仪表的选择。
导波雷达测量界面的原理
导波雷达是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆式或杆式探头传导，当脉冲遇到物料表面时部分反射回来，得到液面回波；剩余部分穿过上层介质继续传播，遇到界面二次反射，得到界面回波；回波被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为液面信号和界面信号。
德国VEGA物位计，FIBERTRAC31，辐射传感器，用于连续物位测量。应用范围:将柔性探测器安装在圆形容器和带锥形出口的容器上，它适用于测量液体、固体、污泥和悬浮液。由于其闪烁体横截面既薄又具有柔性，故可以根据圆形容器方便地调整 FIBERTRAC31。探测器能弯曲，与圆型和锥形容器组装方便，仅使用一只传感器完成 7米范围内测量，节省开销。测量精度 0.5%，接液材质:无润湿材料，量程距离 7 m，输出:4 … 20 mA/HART - four-wire，ProfibusPA，FoundationFieldbus。在进行辐射性物位测量或限位检测时，该物理性能用于从外界通过一个密闭的容器进行无接触式测量。SOLITRAC型辐射传感器适用于圆柱形容器以及小型槽罐。威格物位计固定的 PVT 探测器能够并地探测物及分离层。
自国内 PTA 产能大幅扩张后，PTA量缩减，此势所驱，行业正向一体化纵向整合的方向发展。企业实施全产业链发展战略、逆向延伸产业链，从纺丝、聚酯、PTA等化工产品逐步向上游延伸。在国内产业新布的大浪潮中，VEGA有幸在国内化工关键项目中同舟共渡。通常情况下，测量传感器调试步骤为空罐设置--加水调试--进料调试，每个储罐需加水约10万吨，不仅会产生高昂的水费成本，调试时间也会延迟很久。业主和专利商根据以往经验同样要求 VEGA专家进行加水调试。坚持采用无需加水调试的方案，只需要空罐调试和进料校准即可，*大程度的给用户节约了大量成本、并使得项目进度大大提前。
公司以提供的服务为宗旨，与国内各企业建立广泛合作伙伴关系。本着“诚信服务，坚持，到位及时”的做事态度，热诚的服务于每一位新老客户。在此，感谢新老客户的长期支持，因为您的关注将使我们将更加专注。我们的优势供应产品:西克SICK传感器、倍加福P+F传感器、REXROTH力士乐、E+Hliuliang计、罗斯蒙特ROSEMOUNTliuliang计、HEIDENHAIN海德汉、BECKHOFF倍福、图尔克TURCK传感器、皮尔磁PILZ继电器、AB模块、艾默生EMERSONliuliang计、易福门IFM传感器、MTS位移传感器、VEGA液位计、KRACHT齿轮泵。
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VEGA雷达物位计VEGAPULS66PS66.XXHFEHHAMAX
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VEGA导波雷达液位计VEGAFLEX81FX81.AOATBFHXKMXX
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威格液位计VEGAWAVE62WE62.XXTGDRKMX
德国VEGA物位计VEGAPULS62 PS62.DXENBFHDMAX
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VEGA超声波液位计VEGASONS62SONS62.E
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VEGA超声波液位计VEGASON62SN62.XXAGVDMXX
威格超声波液位计VEGASONS61SONS61.E
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VEGA雷达液位计VEGAPULS64PS64.AXBXXCHXKM
威格雷达液位计VEGAPULSC21PSC21.XGBHB
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VEGA控制器VEGAMET381MET381.CX
VEGA分析仪VEGAMET341MET341.X
VEGA雷达物位计VXBXATAMXHA
VEGA分析仪VEGAMET861MET861.SC
市场上用的*多的物位计根据原理可以分为:阻旋物位计，音叉物位计，超声波物位计，射频导纳物位计，雷达物位计等。射频导纳物位计，一个正弦波发生器接上一段有限长没屏蔽的导体时，如果这段导体的长度小于正弦波波长的1/4，那么这段导体反射的能量会随着导体的长度的加长而变小，当导体的长度一定时，导体的前端浸入到液体中，反射的能量也会随着浸入液体长度的增加而增大，通过检测反射波的大小而确定液位的高低。现在常用的这种液位计一般都是用作开关量，只检测又或者无。射频导纳物位计的缺点:测量回波的强度还跟浸入的液体的介电常数有关，不能用于介电常数急剧变化的场景，安装时需要标定，精度低。优点:性和性价比较高、通用性强，适应性广。
德国VEGA物位计。物位是现代工业自动控制的重要参数之一，准确的物位测量是连续生产和生产的保障。物位测量仪表是测量罐体内液态、固态、粉尘界面或高度的工业自动化仪表。石油化工物料测量环境多为高温、高乐、黏稠，此类物料的测量适合采用非接触式的测量方式。高精度的仪表是生产的，tigao仪表的智能程度是未来工业发展的趋势。射线法利用射线穿透物质，并且在物质中减弱的特性属于非接触式的测量方式，适用于高温、高压、腐蚀、黏度等恶劣条件下料位的测量。射线物位计的测量原理，放射源在料仓的一侧，探头接收到的射线总量随物料的上升而减少。射线穿过被测物料后由接收器接收，接收器由闪烁体、光电倍增管、前置放大电路组成，射线越强，电流脉冲数越多。
导波雷达液位计是接触式物位测量，采用时域反射技术（TDR）电子单元发射微波脉冲沿着导波杆（缆）传播，当接触被测介质时，产生反射信号由电子部件接收，计算发射到接收的间隔时间，转换为被测介质的距离。导波雷达液位计测量原理如图1所示。通过测量发射脉冲与反射脉冲的时间差，并通过以下公式即可计算出被测物质到仪表法兰的距离:2D=Ct （1）
式中:C为光速；T为发射脉冲与反射脉冲时间差；D为空间距离。
根据设定的满罐和空罐位置，通过以下公式即可计算出物料高度并输出4~20mA电流:
物料高度:L=E-D （2）
输出电流:Io=4+L×16/E （3）
式中:L为物料高度；E为量程。
导波雷达液位计适合测量液/液界面，如油水界面，油与水、油与酸、低介电的有机溶剂（甲苯、苯、环己烷、己烷、松节油和二甲苯）和水或酸。测量液/液界面应注意以下几点:
（1）介电常数较低的介质位于上部。
（2）两种液体的介电差异不低于10。
（3）上层介质的介电常数是已知的，该参数可在现场确定。
（4）上层介质的大厚度取决于其介电常数。
（5）上层介电常数下限＜3，下层介电常数上限＞20。
（6）可同时进行液位测量和界面测量。
导波雷达液位计可用在几何尺寸小的容器，也可用在旁通管和各种尺寸的储罐，适用于测量多种粉尘和谷物等。导波雷达液位计测量特性:
（1）无可活动机械部件，维护成本低。
（2）安装方便，支持罐顶安装或旁路管顶部安装。
（3）适用于液面、界面和粉末状或小颗粒状固料的物位测量。
（4）不受介质密度和pH值等物理参数变化的影响且无需进行补偿。
（5）适用于高温、低温、蒸汽和高压场合。
导波雷达液位计使用过程中微波沿导波管向下传导，尽量避免导波杆周围出现金属干扰或物料堆积的情况发生。导波雷达有的诊断功能，具有检测导波杆聚积物的能力。导波雷达液位计的结构由3个部件组成，即雷达变送器、过程密封件和导波杆。过程密封件和导波杆使得低能脉冲微波以光速沿其向下发送，在导波杆与物位（气/物、气/液或液/液界面）的交点通过导波杆被反射回雷达变送器。雷达变送器接收导波杆的测量信号，然后对这些信号进行处理并提供稳定的输出信号。
嘉可仪表JK系列雷达液位计种类，主要有缆绳式导波雷达液位计、杆式导波雷达液位计、喇叭口天线型雷达液位计、防腐四氟型雷达液位计、水滴型天线雷达液位计、卫生型平板雷达液位计、PFA桶天线雷达液位计、水利雷达液位计、高温型雷达液位计、高频雷达液位计、调频波FMCW型雷达液位计等。
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导波型雷达液位计报价
特点
1.可以测量介电常数大于等于1.4的介质。
2.一般用于测量粘度≤500cst而且不容易产生粘附的介质。
3.杆式雷达大量程可以达到6米。
4.对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力，测量不受影响。
5.对于介电常数比较小的液体物料可以采用双探杆式测量方式，以保障良好的准确测量。
<测量范围可达24米
<适用的介质温度范围为-50℃∽+250℃，适用的压力范围高达40bar
<有多种探头类型和材质
<数字化显示
导波雷达液位计应用于水液储罐、酸碱储罐、浆料储罐、固体颗粒、小型储油罐。各类导电、非导电介质、腐蚀性介质。如煤仓、灰仓、油罐、酸罐等。
导波雷达液位计的技术优势:雷达液位计对液体、颗粒及浆料连续物位测量。雷达液位计的测量不受介质变化、温度变化、惰性气体及蒸汽、粉尘、泡沫等的影响。雷达液位计的精度为5mm，量程60米，耐250度高温、40公斤高压，雷达液位计适用于爆炸危险区域。
导波雷达是基于时间形成原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆绳传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。
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性能参数