導波雷達型料位計測量粉狀物料的斷纜現象

作者:張衛民    單位:天津水泥工業設計研究院

        摘要:導波雷達型料位計以鋼纜作為天線，由于傳播損耗小，可用于粉狀物料測量，但是由于儲存庫的結構、形式不同，在使用過程中會出現一些問題，如斷纜等，本文分析水泥廠測量時斷纜的原因，提出不同形式的儲存庫的測量方案。

        1．生料均化庫內的斷纜現象

　　新型干法水泥廠的均化庫、水泥庫、煤粉倉、原料和水泥調配站常用的粉煤灰庫的料位測量，因被測介質均是細粉狀，粉料通過空氣斜槽入庫，有的則是用氣動方式送入料倉，物料輕，空氣中粉塵很大，物料表面也較軟，故細粉的物位測量一直是測量中的難題。實踐應用證明，采用雷達型料位計效果較好，微波可穿透粉塵很大空間，并在料面上反射。目前在我國新型干法水泥廠用的雷達型料位計有兩種，脈沖型雷達（PULSE）和調頻連續波雷達（FMCW）。

        有許多水泥廠還采用導波雷達型料位計（TDR），它是以鋼纜作為天線，伸入料倉中直至底步，微波脈沖沿外側向下傳播，因此空氣中的粉塵對傳播無影響，在空氣和粉料交界面上微波脈沖被反射。由于傳播損耗小，發射能量可較小，價格也比其他形式的雷達型料位計便宜。當今在水泥廠主要應用的產品有VEGA的FLEX60系列、E+H的FMP系列。但導波纜式雷達料位計由于其天線伸入容器中并和粉料接觸，失去了非接觸的特點，天線也即上纜繩（一般是鋼絲纜繩）容易被磨損，甚至被拉斷。多家用戶在現場應用的信息反饋中都遇到了此問題，特別在均化庫的測量中問題更加突出。本文將分析斷纜現象，并提出大型均化庫（直徑在16米及以上）料位測量的方案。

        2．均化庫內出現斷纜現象分析
        
        2.1 生料均化庫的結構特點

        生料均化庫是新型干法水泥企業中賴以保證生產的主要環節，也是生料均化系統中任務zui重的環節，并是生料入窯系統的一部分。根據不同的均化機理。各設計院開發了多種型式的均化庫，如天津水泥設計院開發的TP庫其結構特點是庫底中心有一個大圓錐，庫壁和圓錐之間的環形區劃分六個充氣區,由六個流量控制閥控制卸料量。在同一時間內至少有兩個卸料口開放。每個卸料口在卸料過程中都形成漏斗狀料柱，切割料層，產生重力混合均化作用，根據規模不同，庫的直徑和高度不一，如天津水泥設計院設計的5000t/d規模的水泥廠，其均化庫直徑為φ22.5m，高52m；而2500t/d規模的水泥廠，其均化庫直徑為φ18m，高45m。目前常用于測量粉狀固體介質的是VEGA公司的導波纜式雷達料位計，它有兩種：FLEX61和FLEX62，FLEX61測量范圍為1m~32m, 使用鋼纜的直徑是φ4mm,并帶重錘；FLEX62測量范圍為1m~60m, 使用鋼纜的直徑是φ6mm,并帶重錘。

        2.2 均化庫內出現斷纜現象分析

        2.2.1 鋼纜zui大拉力的限制

        相關數據表明，FLEX61zui大拉力是5kN, FLEX62zui大拉力是30kN, 纜式料位計在測量水泥等介質時，鋼纜受的拉力取決于被測物料的特性、庫（倉）的結構、直徑和測量量程。測量水泥時鋼纜受的拉力要比測塑料顆粒和糧食大得多，均化庫的內部結構復雜、直徑大和測量量程大，則所受的拉力越大，圖1 為FLEX62在罐壁光滑的金屬容器內測得的水泥拉力曲線，圖中三條曲線分別對應直徑為φ12m，φ9m，φ6m的庫。由圖可見如測量量程為35m，直徑為φ12m的鋼板庫，鋼纜受的拉力為24kN。上述5000t/d規模的水泥廠，其均化庫直徑為φ22.5m，高52m；而2500t/d規模的水泥廠，其均化庫直徑為φ18m，高45m，如采用FLEX62纜式料位計，安裝位置又不合理，極其可能鋼纜所受的拉力超過30kN，從而會造成斷纜現象。

        2.2.2 庫內部結構影響鋼纜受力分析

        大型水泥廠的均化庫為達到均化的目的和作為生料入窯的中間和計量小倉的作用，內部結構還是較復雜的，有空氣斜槽組成的星形進料口，從六個或七個方向同時進料，庫內通過環形充氣閥向庫內分區充氣,它對入庫的生料產生重力混合均化作用，因鋼纜伸入料倉，被均化的生料將對作為天線的鋼纜有一側面負載，每種形式的纜式料位計有一側面負載的zui大值。庫的直徑越大，鋼纜越長，則側向負載會越大，超過極限也會斷纜。

        在均化庫底中心一個大圓錐下還裝有生料入窯系統的計量鋼板小倉，直徑為φ22.5m的均化庫，其小倉的直徑為φ6.5m，高6m。庫內同時有兩個卸料口工作，向該小倉進料，為達到通暢卸料的目的，卸料口處必須充氣，卸料過程中形成漏斗狀料柱，在進入卸料口處會有一收縮，在此處也會產生相應負壓，如鋼纜安裝在卸料口附近，該負壓實際上加大了鋼纜承受的拉力，鋼纜越長，拉力也會更大。

        均化庫的堆積角約為320，并隨卸料的速度變化也在變化，由此產生的動態垂直方向的拉力也將動態變化；生料庫進料時溫度約600C，卸料速度較快，溫度急劇下降，引起鋼纜的熱漲和冷縮也會使拉力動態變化，由于卸料和出料過程在庫內連續不斷進行，拉力動態變化幾率較大，它將加速纜繩的老化。長期老化將使鋼纜能經受的zui大拉力減小，斷纜的幾率增大。

        2.2.3 均化庫的料位測量

        綜上所述，大型水泥廠的均化庫的料位測量，筆者建議不采用導波纜式雷達料位計，采用裝有喇叭天線和法藍的雷達料位計，量程盡量選大，如VEGAPULS-68，它是脈沖型，zui大量程可達60m，全設計為二線制回路供電，安裝簡單、調試容易，平時可免維護，能滿足各種類型水泥廠的要求，江浙一些水泥廠使用反饋的信息表明，用VEGAPULS-68雷達料位計在均化庫測定的回波曲線非常理想，精度、分辨率和時間響應完滿足工藝的要求。

        2．3水泥庫的斷纜現象 

        相對均化庫而言，用導波纜式料位計測水泥庫的料位，斷纜的幾率較小，一是水泥庫的直徑和高度相對要小，如5000t/d規模的水泥廠，通常用直徑為φ15m，高為40m的庫，卸料口一般在5.6m處，故量程zui大也就是35m左右。而且水泥庫的工況比較簡單，卸料和出料的速度較慢，水泥庫一般有存儲期，故不會同時卸料和出料，內部受力比較穩定。主要是進料堆積有一休止角，約為300 ，在堆積時形成的動態側向力，另外水泥庫進料時溫度約1000C，也有熱漲和冷縮，但有存儲期，拉力動態變化較慢，不會加速纜繩的老化，故引起的拉力動態變化較小，斷纜的幾率就小。

        水泥庫的料位測量可采用導波纜式雷達料位計，但要根據水泥庫的結構，正確設定量程，必須合理選擇安裝位置，遠離中心點和卸料口，盡量對準堆積休止角的中間位置，同時要注意維護和觀察，確保鋼纜的正常使用。設計、安裝、使用合理，則選用導波纜式料位計是一種性能價格比較好的方案。

        3.結論

        導波纜式料位計由于傳播損耗小，發射能量可較小，可二線制回路供電，價格也較便宜，可用于測量粉狀物料，如水泥、生料、粉煤灰、煤粉等，但是由于儲存庫的結構、形式不同，在選用時要考慮綜合因素，否則在使用過程中會出現一些問題，如斷攬等，使料位計失靈、失準，對正常生產和測量造成不利的影響。


圖1 FLEX62在金屬容器內測得的水泥拉力曲線

（來源：中國水泥網）