用雷达液位计测量废水池液位的影响因素和安装注意的案例分析

来源：中海壳牌石油化工有限公司作者：冀宝敬发布日期：2021-08-23

摘要：伴随着中国经济的飞速发展，科技的不断进步，人们在享受着科技进步带来的成果的同时，环境污染问题也日益严重，国家及企业对于环保问题也越来越重视。废水池在石油化工企业中承载着化工污水的收集和暂存作用，其液位测量的准确性直接影响环保成果。为此，文章对废水池液位测量展开讨论。

1 工作原理

雷达液位计，采用发射 - 反射 - 接收的工作模式。由雷达天线发射出电磁波，经被测对象表面反射后，再被雷达天线接收。雷达液位计到被测对象表面的距离与雷达天线从发射出电磁波到接收到雷达回波的时间与成正比例关系，关系式如下：

D=CT/2 (1)

式中：D—雷达液位计到液面的距离；C—光速；T—电磁波运行时间

2 雷达液位计的特点

雷达液位计采用的是一体化设计，没有可动部件，无机械磨损，具有使用寿命长等优点。雷达液位计发出的雷达波能够穿过真空，不需要传输媒介，雷达液位计的测量不受蒸汽、大气以及挥发性介质的影响，可以用在具有挥发性介质如粗苯等液位的测量，适用于绝大多数液位的测量。

导电的介质甚至是微导电的介质都能够反射足够的电磁波信号。对于非导电的介质，当介电常数大于 1.5 时，就能反射足够的雷达波被液位计检测到，介电常数越大的介质，雷达反射波信号也越强。

雷达液位计为非接触式仪表，不受罐内介质的密度、浓度等物理特性的影响。测量范围广，非常大可以达到 35 m，也可以用在具有高温、高压等环境的液位测量。雷达液位计的关键部分如天线等采用高质量的材料，具有很强的抗腐蚀能力，所以可以用于强腐蚀性环境中。

雷达液位计具有根据用户输入的仪表参数，自动地识别出虚假回波的功能，可以通过软件、手操器或简易操作键等排除这些干扰波。雷达液位计可用自带的简易操作键在液位计上的进行大部分参数设定，也可以根据液位计的型号，使用相应的FF 或 HART 协议的通讯器，远程或者在本地进行通讯设定，操作方便快捷[1]。

3 影响雷达液位计测量的因素

3.1 环境温度的影响

当被测介质具有易挥发的特性时，周围的环境温度可能会使被测介质挥发并附着在天线表面，使天线发射和接收雷达波都会受到严重的影响，造成测量数据的异常波动。

3.2 蒸汽的影响

废水池一般为地下罐，温度比较低，当废水池内有大量的蒸汽存在时，蒸汽遇冷会在内壁上凝结成小水珠，小水珠会随着蒸汽量的增加而逐渐增大变成小液滴，受到重力的作用落入罐内，并且会出现小液滴形成、汇集、滴落的循环。经过分析发现，雷达天线发射的雷达波在遇到罐壁上的液滴后会发生不规则的反射回波，当反射回波信号较强时，滴液的反射回波会被当做真实液位反馈到控制室，从而出现虚假液位。

另外当雷达天线上汇集大量的水滴时，天线上液滴的回波也会产生雷达反射波，当反射波反射的回波强度超过实际液位的回波时，雷达液位计误认为天线表面的冷凝水即为实际液面，产生虚假信号。

3.3 液体的湍动和气泡的影响

地下罐内液体的流入和泵的抽出都会造成罐内液面的湍动，并且会有大量气泡产生。液面的湍动和气泡不仅会吸收和散射雷达波，还会折射和反射雷达波，使雷达反射波的信号强度降低，严重影响测量精度。

4 雷达液位计安装注意事项

雷达液位计测量的准确性，关键取决于实际液位反射波的信号强弱。如果所选仪表的安装位置，雷达天线无法接收到被测液面反射的雷达波，或在雷达波的范围内有强干扰并能够反射足够强的干扰波给雷达液位计，雷达液位计都无法有效的反映实际液位。因此，选择合理的安装位置，是雷达液位计能否测量准确的关键所在[2]。

4.1 雷达液位计在地下罐等容器内安装注意事项

液位计安装时应尽可能避开进料口、搅拌器、搅拌阀等干扰源，同时要注意避开槽壁的黏附物和阶梯等固定物，以提高信号的可信度，雷达液位计安装位置距离槽壁、罐璧应不小于30 cm，避免将内壁上的回波信号误做真实液面的回波信号；雷达液位计安装时要注意在螺母或法兰上的安装标记，安装标记用于对准天线位置，要确保雷达液位计安装时标记要指向非常近侧罐壁；雷达天线应垂直于被测介质的表面平行于测量槽壁安装，这样有利于雷达波的传播。无法保证竖直安装的喇叭天线，其非常大有效测量范围可能会被减小；喇叭天线要注意应伸出液位计的安装短管，以便提高测量精度；对于喇叭型雷达液位计，喇叭口的安装要注意大于安装孔的内表面 10 mm；而棒式液位计在安装时要注意，天线一定要伸出安装孔，并且安装孔的长度不能超过 100 mm。

当液位计用于测量椭圆型或圆型的容器液位时，液位计应装在距离中心为 1/2R(R 为容器半径 ) 的位置上，务必注意不要安装在容器顶的中心处，当雷达安装在容器顶部中心处时雷达波易在容器壁形成多重反射后，非常后雷达波汇集于容器顶的中心处，形成很强的干扰波，影响雷达液位计的准确测量。

4.2 在导波管中安装注意事项

天线安装位置上的校准标记要确保对准引流槽；安装完成后，表壳可以350°旋转，使得接线腔室和液晶显示屏方便查看；可以使用全通径球阀进行测量。

导波管必须使用金属管，可以是平行或无缝焊接的不锈钢管，导波管不可以使用搪瓷涂层；管径要均匀，且内壁要始终光滑，当导波管需要延长时，可以通过焊接法兰或套管的方式实现，但是连接处不得有超过 1 mm 的缝隙；导波管两侧如果需要开孔，开孔的位置要对称，并且夹角为 180°；

当需要引流槽时，其非常大孔径和非常大宽度为管径的 1/10，开孔的位置需要去除毛刺，开孔数量和长度对测量无影响；

4.3 旁通管中安装注意事项

当容器内的物料波动较大时，可使用带旁通管的液位计，用以减少介质波动对测量的影响；要特别注意天线安装位置上的校准标记要垂直于罐体连接管。

旁通管必须使用金属管，不能有搪瓷涂层或者塑料；管径要均匀，且内壁要始终光滑；旁通管的任何过渡段不得有超过1 mm的缝隙；在罐体连接管±20 cm处，测量精度会有所降低。选择口径尽可能大的喇叭天线。

4.4 判断安装是否合适

雷达液位计安装完毕以后，可以使用安装有通讯软件的PC 机查看液位计的回波曲线图，用以判断安装是否合适，如不合适，则需要进一步调整液位计的安装位置，直到液位计能产生满意的回波曲线图，此时液位计显示屏上显示的液位应与实际液位一致。

5 雷达液位计的参数组态

5.1 雷达液位计可根据需要选择需要的语言

5.2 雷达液位计参数设置

雷达安装完毕，接线完成后，需要输入如下参数：距离单位、容器类型、测量介质、空标、满标，然后进行回波抑制即可进行测量。仪表会根据用户输入的数据，自动对相关连的参数进行内部优化调整，以达到非常佳测量效果。

6 案例分析

6.1 案例经过

某日岗位内操反应，在工艺正常生产过程中，废水池液位LT-01 示值由 20% 直接跳到 100%，并且触发联锁停泵。

6.2 处理过程

(1) 检查工艺无异常操作，联锁前无异常进料、出料情况。

(2) 检查雷达液位计参数设置正常，均按照规格书设置。

(3) 检查雷达液位计安装符合要求，罐内无搅拌器。(4) 经检查雷达本身正常，但在非常高液位处有极强的回波信号。拆开发现喇叭口处凝结了大量水珠。使用干净的碎布轻轻的擦拭天线表面后回装，投用正常。

6.3 原因分析

LT-01 测量废水池 1# 液位，设计介质为雨水和冲洗水，操作温度 40℃。但实际操作中排入了大量蒸汽凝液，高温蒸汽升腾至天线，遇冷凝结成大量水珠附着在喇叭口边缘。当其反射的回波强度超过实际液位的回波时，雷达液位计误认为天线表面的冷凝水即为实际液面，产生虚假信号。废水池液位 LT-01历史趋势如图 1 所示。