RF2000CL61DDF-2205导波雷达物位计厂
摘 要: 液位测量是核电站自动控制系统中的重要组成部分。导波雷达液位计基于电磁波时域反射( TDＲ) 原理，具有受环境影响小、测量精度高等特点。导波雷达液位计作为一种新型的液位测量手段，已经在核电领域有了广泛的应用，但是在其应用过程中也遇到了一定的问题。针对福清核电汽水分离再热系统疏水箱液位计频繁出现的支撑件破碎、密封失效以及蒸汽补偿漂移等问题，进行了原因分析并给出了解决措施。通过对导波雷达液位计的改造，使得导波雷达液位计在核电高温蒸汽系统中得到了应用，提高了汽水分离再热疏水液位测量的性，保障了机组运行。该研究对推动导波雷达液位计在蒸汽系统中应用提供有力支持，对导波雷达这种新型液位计未来在更多测量环境中的应用起到了积作用。wfP压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
引言
导波雷达液位计作为一种新兴的液位测量仪表，克服了传统仪表的不足，在核电厂的应用逐渐增多。但导波雷达液位计在高温高压蒸汽系统使用时，还存在一些不足，导致系统液位测量失真［1］。汽水分离再热系统是核电厂汽轮机的重要辅助系统，主要应用于汽轮机运行期间，通过控制进入二级再
热管束的蒸汽量，对高压缸排气进行和再热，使进入低压缸的蒸汽有一定的过热度。其应用改善了汽轮机低压缸的工作条件，提高了汽轮机的相对内效率，减少了湿蒸汽对汽轮机零部件的刷蚀。在福清 1 ～ 4 号机组调试及运行期间，汽水分离再热系统二级疏水箱液位计多次出现故障，如液位计探杆泄漏、测量失效等。针对二级疏水箱液位计问题，采用新型测量方案，对汽水分析再热系统二级疏水液位测量作优化改进。
1 导波雷达物位计测量原理及特点
( 1) 导波雷达液位计的工作原理。
导波雷达液位计基于电磁波时域反射原理［2］，由电磁波发生器发射一个电磁脉冲信号发射到导波体上，以导波体作为信号的传输载体。当遇到被测介质表面时，部分信号被反射形成回波并沿相同路径返回脉冲发射装置。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，测量发射与反射脉冲［3］。导波雷达液位计测量原理如图 1 所示。
导波雷达液位计测量原理图
( 2) 导波雷达液位计的测量特点。
①电磁波信号沿导波杆传输可消除假回波信号，减少信号丢失。
②整个测量装置无活动部件，无机械磨损。
③安装调试方便。
④不受介质 密度变 化 的 影 响 ( 但 是 需 要 单 一 介质) 。
⑤使用与高温、高压的物位测量。
2 现有设计缺陷导致测量不稳定的原因分析
核电厂二回路液位控制是核电厂重要的控制系统之一，其测量环境需考虑真空、高温、泡沫等多方面因素。传统液位仪表因其固有原理，无法通过自身技术的改进来消除误差。故本文采用了导波雷达液位计［4］。但在机组运行过程中，汽水分离再热系统原有导波雷达液位计导波杆的支撑件会破碎，支撑件碎片会进入到二回路系统中，形成异物，危及机组［5］。同时，导波杆内支撑件破碎后，因振动、冲击等因素会导致导波杆触碰到水位测量筒，使液位测量产生跳变，存在汽水分离再热系统二级隔离风险。受制于现场使用条件，汽水分离再热器二级疏水箱内充满饱和蒸汽。蒸汽是性气体，即蒸汽的介电常数会根据环境的压力、温度而改变。介电常数的变化会影响电磁波的传播速度。波速度公式为&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
由式( 1) 可见，当介质的介电常数变化，则波速度会随之变化。由于电磁波在不同介质中的传输速度不同，比如在空气中的传输速度比在蒸汽中传输速度大，因此 汽 水 分 离 再 热 系 统 ( gas-liquid seperate system，GSS) 二级疏水箱液位计选用的都是蒸汽型导波雷达液位计［7］。
经统计，在功率运行期间，汽水分离再热系统二级液位计共计出现缺陷 91 项。其中，导波雷达液位计漏汽缺陷共计 38 项，二级疏水箱液位计偏差大共计 46项，因仪表故障导致通道测量不可用共计 7 项。
根据现场液位计缺陷情况来看，目前汽水分离再热系统二级液位计主要存在以下故障。
①液位计探杆支撑杆破碎。经分析，原汽水分离再热系统二级液位计所用的高温型导波雷达液位计，其探杆支撑件采用聚醚醚酮( PEEK) ［8］高分子合成材料。在运行过程中，该支撑件会逐渐脆化，在系统冲击工况下破裂。处理方式: 在测量系统改进前，机组只能通过每次大修期间，对探杆进行定期更换。
②液位计探杆密封失效。液位计探杆内部密封件采用 PEEK 材料进行隔热，靠近连接部位采用 2 个 O型圈进行密封。O 型圈耐温范围为 150 ℃ 。因汽水分离再热系统二级疏水箱内部温度达 280 ℃ ，探杆隔热材料失效，进而使 O 型圈失效，探杆密封泄漏，测量闪发质量位。处理方式: 目前出现探杆密封失效后，无法进行更换。
③液位计冷热态工况，液位测量出现偏差。液位计大修冷态调试时，3 支液位计偏差小于 20 mm。但汽轮机冲转并网后，因系统温度上升，3 支液位计偏差会达到 100 mm。在机组运行时间长后，液位计偏差也会逐渐增加，导致偏差超过 100 mm。处理方式: 目前只能在热态后，对偏差大液位计进行修正。机组功率运行后，每周定期巡检方式，检查液位计偏差，并及时进行修正。
3 改进方案
3． 1 导波雷达液位计支撑件改进
原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用PEEK 支撑件，同时也作为探杆隔热材料。PEEK 是芳香族结晶型热塑性高分子材料。PEEK 玻璃化转变温度为 143 ℃ ，其熔点为 334 ℃ 。这种材料耐抗有机和水环境，具有优良的化学性、热稳定性和抗氧化性。目前，应用汽水分离再热系统二级疏水箱实际运行温度为 280 ℃ ，仪表的设计温度为350 ℃ ，而 PEEK 物理特性耐温只有 250 ℃ ，因此运行时间过长会产生变形或碎裂。
为应对导波雷达液位计支撑件破碎及密封失效情况，此次支撑件设计采用 99． 7% 纯度的 Al2 O3 陶瓷材料［8］。该材料具有硬度大、耐磨性能好、质量轻等特点。其熔点在 2 000 ℃ 以上，具有良好的导热性、缘性以及透光性，介电常数为 9． 0 左右，适用于高温蒸汽型导波雷达液位计测量原理。Al2 O3 陶瓷的物理和力学特性如表 1 所示。
改进后探杆内部结构精密。蒸汽部分主元件采用氧化铝陶瓷，不会因为温度增高而变形、渗漏。密封元件采用耐高温的石墨密封 Graphite，是目前仪表产品在高温蒸汽方面的理想材料。其物理性能远远优于以前使用的 PF128、PEEK、铝矾土等材质，十分稳定。该结构整体密封结合紧密，可杜蒸汽进入。
3． 2 导波雷达液位计高温补偿改进
原汽水分离再热系统二级导波雷达液位计采用点补偿方式，补偿点到电磁波发射口距离为 125 mm。如果测量点以上或者测量点位置有凝露或者误差，会放大传导到下方实际液位测量。为了地说明上述结论，定义系数 K。
固体散料测量的特殊挑战
低介电常数粉料（ε<2.5）易导致信号衰减，80GHz雷达通过4°窄波束和增强发射功率（20mW）提升检测能力。某水泥厂实测表明，生料粉仓中26GHz雷达回波仅-90dBm，而80GHz型号达-65dBm。粉尘环境需配置0.3MPa空气吹扫装置，防止天线积灰。最新多目标识别算法可区分下落物料与料位面，动态误差控制在0.5%FS内。料仓倾斜时，三维建模技术自动补偿斜面导致的测量偏差。
RF2000CL61DDF-2205导波雷达物位计厂
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。
BFRD701
BFRD702
BFRD703
BFRD700系列导波雷达物位计
应用:液体和固体料位连续，测量量程30米。
BFRD701-缆式探头:主要用于固体料位及液体料位的测量，量程30米。
BFRD702-杆式探头:主要用于液体料位，量程6米。
BFRD703-同轴探头:主要用于测量介电常数较低的液体，量程6米。
概述
BF系列导波雷达液位变送器运用了TDR（时域反射原理）技术，TDR 发生器产生一个沿导波杆或缆绳传送的电磁脉冲波，当遇到比先前传导介质（空气或蒸发汽）介电常数大的介质表面时，脉冲波会被反射。用超高速计时电路来计算脉冲波的传导时间，从而达到稳定的液位测量。
BF系列导波雷达物位变送器是取代浮筒变送器和射频导纳（电容）液位变送器的更新换代产品。它与浮筒变送器相比不受介质比重的影响，与射频导纳（电容）液位变送器相比不受介电
常数变化的影响。不需要现场校调，只需输入物位数据进行组态即可，是现有的一种物位测量仪表都无可比拟的优点。
BF系列导波雷达液位变送器是针对复杂的物位工况而设计生产的，信号通过导波杆传播，而不是通过空气传送，导波杆上的空气和凝结水不会影响性能，可测量介电常数低至1.4 的介质（如丁烷）。并且不受压力、温度、密度的限制。
特性及优势
测量不受下列因素影响:
液体的密度，固体物料的疏松程度和温度
加料时的粉尘和液体表面的泡沫对测量无影响
同轴杆式探头的测量不受罐体及安装短管的内部结构的影响
探杆和缆式探头可以更换
安装指南
下述的安装指南适用于缆式和杆式探头测量固体颗粒料和液体物体管式探头只适用于液体物体。
安装位置:
尽量远离出料口和进料口。
对金属罐和塑料罐，在整个量程范围内不碰壁。如果是金属罐，物位仪表不要安装在罐的。
建议安装在料仓直径的1/4处。
缆式探头或杆式探头里罐壁距离不小于50厘米。
探头底部距罐底大约30mm。
探头距罐内障碍物距离不小于300mm。
.
特点:
可以测量介电常数大于等于1.4的介质。
一般用于测量粘度≤500cst而且不容易产生粘附的介质。
量程可以达到6米。
对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力，测量不受影响。
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。
接线方式
缆式探头的固定
如果缆式探头距离罐壁小于50厘米或有可能碰到罐壁上时，缆式探头的末端需要固定在罐底。
为了避免缆式探头在下料时过度受力，用户需将缆绳底部固定在罐底，固定时，应该尽量让缆绳保持一定的松紧度。选择缆式探头时应比实际距离稍长一些。
仪表尺寸
技术参数
参数: 工作频率:100MHZ-1.8GHZ
测量范围:缆式:0 - 30m；杆式、同轴式:0 - 6m
重复性:±3mm
分辨率:1mm
采样:回波采样54 次/s
响应速度:>0.2S（根据具体使用情况而定）
输出电流信号:4 - 20mA
精度:
通讯接口: HART 通讯协议
过程连接: G1-1/2 (BFRD701、BF-802)
法兰DN50，DN80，DN100，DN150(BF-803)
过程压力: 2Mpa
电源: 电源:24VDC(±10%),纹波电压:1Vpp
耗电量:max 22.5mA
环境条件: 温度-40OC～+100OC
外壳防护等级: IP68
两线制接线: 仪表供电和信号输出共用一根两芯导线
电缆入口:2个M20*1.5(电缆直径5----9mm)
VEGA导波雷达液位计 VEGAFLEX 81，TDR传感器。绳型、棒型或同轴型传感器。在有蒸汽、有附着物、会发泡或有冷凝物的应用场合，该传感器也能提供准确的测量值 -哪怕是在立管或旁路管中也是如此。VEGAFLEX 81 是用于测量液体介质物位和界面的Ass。导航操作能简易，省时并地完成启用，可截短测量电标准简易，确保计划的*大灵活性。测量精度 2 mm，量程距离 75m，法兰连接:=> DN25，过程压力 -1 ... 40bar。不导电的介质只能部分反射微波能量。不被反射的能量穿越介质，在与第二种液体的相位边界得到反射。此效应被用于分离层测量。您可以很方便地在VEGAFLEX 上通过操作工具来选择此项功能。
当近距离观察时，一个在工厂车间里看似像完整系统的东西很少是一个整体:每一套生产设备的背后都隐藏着来自不同制造商的机械、电气、电子和软件组件。一台机器或整个系统的维修或维护效率在很大程度上取决于所需数据的可用速度。是否在资料堆中的文件夹内费力地找寻文件？作为该联盟（简称DDCC）的创始人之一，物位和压力测量仪表制造商 VEGA 与过程自动化领域的zhiming企业共同开发出新型“DIN SPEC91406”。如果该联盟的计划得以成功实施，那么，传统意义上的铭牌很快就会被废除。转换后，公司里的每个员工都拥有相同的*新数据，可以做出正确和合理的决策。
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VEGA音叉振动开关VEGAWAVE62 WE62.XXTGDRKMX
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VEGA物位计VEGAPULS62 PS62.DXENBFHDMAX
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威格导波雷达液位计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。对蒸汽和泡沫有很强的抑制能力，测量不受影响。威格导波雷达液位计常见故障案例分析与处理——测量数据无变化，拉直线:检查导波雷达液位计的参数设置，并查看回波曲线，发现无回波。将装置抽出，检查钢缆表面是否有异物附着，钢缆与底部重锤、钢缆与顶部连杆是否松动，导波筒内壁是否有杂物，四氟聚乙烯挡片是否脱落，发现钢缆与顶部连杆存在松动情况，导致导波头接收不到返回的信号，无法进行液位计算，是此次测量失败的主要原因。紧固并回装上电，曲线恢复正常。钢缆与顶部连杆安装松动，回波信号无法正常回传至导波头，影响液位测量。
VEGA导波雷达液位计。无论是在工业生产还是在日常生活中，对于液位测量如河流和湖泊水箱测量等，是在工业生产领域，水平测量具有ue的重要作用。在油田、化工等领域已广泛应用液位计来测量液位，可以掌握实际的液位值水平，从而生产的运行为经济核算提供依据。在当前水平测量中，测量精度是*重要的，无论是小型集装箱、大型油罐还是河湖水库。使测量误差很小的液位，也会造成很大的误差的容量值。tigao液位测量系统中液位测量的精度是重要的。导波雷达液位计的设计，包括同轴电缆的机械部分和同轴导波探头，用作液位传感器使用。同轴电缆用于连接导波电路和同轴波雷达液位计波导杆，通过调节同轴电缆的长度，可以安装在液位计上远离水箱，方便工作人员液位监测；同轴导杆安装在波浪顶部的液体槽中插入待测液体中，末端到槽底，用于测量液面高度。