吕琴梅(柏克德(中国)工程有限公司，上海200050)

　　摘要：导波雷达液位计在液位测量中发挥着越来越重要的作用。介绍导波雷达液位计的测量原理及组成，探讨了常见的探头类型、仪表安装方式和注意事项，分析了GWR在工业设备液位和界面测量中的应用。

　　关键词：导波雷达液位计;液位;界面;测量

　　中图分类号：TH　816.2　　　　文献标志码：A

　　物料液位是工业生产中的一个重要参数，测量液位的方法有很多[1]，针对不同的工况和介质可以使用不同测量原理的液位计[2]。吹气法、差压式、浮球式、电容法、超声波等常用的液位测量仪表都有各自的特点和应用范围。导波雷达液位计(Guided　Wave　Radar，GWR)由于具有先进的雷达测量技术，测量时不受介质、温度、惰性气体、蒸汽、粉尘及泡沫等影响，测量长度可灵活变更，测量结果精度较高，故在液位测量中发挥着越来越重要的作用。

　　1　导波雷达液位计的测量原理

　　GWR是依据时域反射原理为基础的雷达液位计。雷达液位计的电磁脉冲波以光速沿着波导体(探头)向下传送，当遇到被测介质表面时，部分脉冲被反射形成回波并沿相反路径返回到脉冲发射装置，用超高速计时电路(电子表头)精确地测量出脉冲波的传导时间，而发射装置与被测介质表面的距离同传导时间成正比，经计算就可得到液位高度[3-4]。

　　脉冲发射装置发射的电磁波信号到达介质表面并返回时，信号会衰减。此时，信号强度与介质的介电常数成正比[5]，介电常数越大，反射信号越强;反之，反射信号越弱。目前，Magnetrol公司的GWR可用于测量最低介电常数为1.4的介质液位。另外，高导电性介质(如水)产生较强的反射脉冲;而低导电性介质(如烃类)产生较弱的反射脉冲，低导电性介质使得某些电磁波能沿探头(波导体)穿过液面向下传播，直至完全消散或被一种较高导电性的介质反射回来。根据这一特点，可采用GWR测量两种液体的界面(如油/水界面)，条件是界面下的液体介电常数应远大于界面上液体的介电常数。

　　2　导波雷达液位计的组成

　　GWR主要包括液位计电子表头、过程连接和探头3个部分，如图1所示。其中，过程连接包括法兰连接及螺纹连接2种，图1所示为法兰连接。GWR适用于测量绝大部分过程容器和储罐、连接容器和旁路容器的液位，测量的温度和压力限制在探头的额定温度和压力范围内。Magnetrol公司的GWR适用的介质温度可达400℃，其压力可高达34.45Pa(5000psig)。另外，如果工艺过程温度过高，还可将GWR装在容器的旁路管中，这样能起到一定的降温作用。

　　3　GWR探头与旁路管

　　3.1　探 头

　　在实际应用中，GWR探头的选择十分重要.探头主要有同轴式、双杆式(硬缆或软缆)和单杆式(硬缆或软缆)3种[6-7]，如图2所示。

　　同轴式探头是所有探头配置中最有效的，且在所有应用场合中应首先考虑使用，但是该种探头的长度应控制在5m内，否则不便于运输和安装(一般情况下，若测量范围超过3m，则建议使用软缆式的探头)。若流体有较大的波动，建议使用同轴式探头和硬杆式探头，因为它们具有一定的抗震性;若波动或测量范围太大则必须用软缆式探头，以便在探头外另加保护套管。值得注意的是，为保证信号传输过程中不受障碍物的干扰，除同轴式探头外，其他类型的探头都有一定的空间要求。

　　由于探头有一定死区，死区的大小与测量介质的介电常数成反比。如果测量介质的介电常数越大，测量时的死区越小;反之，死区越大。对于不同厂家的产品，死区的大小都有差别，Magnetrol公司探头的死区范围为25～150mm。在确定探头长度时需要将死区的大小考虑在内，应确保探头能插入到最 低 液 面 下 的 一 定 距 离。Magnetrol公 司 的GWR在测量最低液位时，要求选择的探头长度应保探头能插入到液面下25～150mm。

　　3.2　GWR旁路管

　　在测量液位时，GWR可以直接插入设备中，或装在旁路管里。旁路管由管道部门或GWR供货商提供。旁路管与探头的连接方式应根据所用探头的连接方式而定，可以是法兰连接，也可以是螺纹连接。如图3所示为GWR旁路管。

　　旁路管应遵照项目的管道设计规范进行设计。对于腐蚀性较高的介质还应考虑一定的腐蚀余量，如应符合美国腐蚀工程师协会(NACE)的标准等。旁路管与设备连接时，其法兰连接管口应完全垂直于旁路管，其中心线与设备管口的中心线应在同一水平面上，必要时可使用夹具装置(JigSet)校正。

　　应根据探头的长度来确定旁路管的长度，如果旁路管过长，还应在测量范围的中心位置使用机械支撑，对旁路管起到支撑作用。旁路管的制作应根据项目的要求确定，图4所示为某项目所用的机械支撑。

　　4　GWR在液位测量中的应用

　　4.1　GWR的合理安装

　　合理选择安装位置对GWR十分重要，将影响到测量的效果，故在安装时应注意：

　　(1)探头的轴线应与液位的反射表面垂直。

　　(2)必须保证在信号波的范围内不能有干扰物反射干扰波，探头应与可能产生干扰的加料入口位置、罐壁或旁路管等保持一定的距离，以免产生虚假反射。

　　(3)应避免安装在有很强涡流的地方。如由于搅拌或很强的化学反应等产生的涡流，此时可采用旁路管测量，以减少因液位波动造成的影响。

　　4.2　案例分析

　　案例1　GWR直接插入设备中，内有有毒气体或挥发性气体。设备的设计压力为3.52kg/cm2，设计温度是260℃。设备管口直径为5.08cm(2英寸)，长200mm，工艺测量范围为400～1　850mm，选择法兰连接方式。为防止气体泄漏，在设备管口与GWR之间加装有一个手动的全通球阀(隔离阀)，如图5所示。正常工作时，球阀全开，当探头需要被拔除时，可关闭此阀，起到隔离设备内毒气的作用。考虑到设备中有一个泵往外抽取介质，设备会有一定的震动，且硬杆式探头对管口大小有一定的要求，故选用了同轴式探头。

　　选择探头长度时，包括了测量范围1　450mm，探头死区150mm，设备管口的长度200mm和隔离阀 的 端 面 尺 寸178 mm，故 探 头 的 长 度=1450+150+200+178=1978(mm)。

　　案例2　GWR安装在旁路管中，用于测量设备中液位和界面。被测设备的上方为碳氢化合物，介电常数为2，测量范围400～1　450mm;下方为碳氢化合物与酸水的混合物，酸水的介电常数为34.5，界面的测量范围300～600mm。旁路管的尺寸选择5.08cm(2英寸)，探头类型同样选择同轴式的。如图6所示。

　　5　结　语

　　导波雷达液位计测量不受设备形状的影响，也不受介电常数、温度、压力与密度等条件变化的影响，测量长度无须标定，测量结果具有高精度、可重复性、高分辩率，有多种探头类型和材质可供选择，数字化显示可供选择，且维护量少，可很好地用于石油化工设备中烃类及其他介质液位的测量。随着其价格的进一步降低、性价比的提高，GWR的应用将会越来越广泛。

　　参考文献：

　　[1]　崔小劲，刘会兵，刘　玲.电厂用物位计的种类及其运用[J].自动化与仪器仪表，2010(6)：76-78.

　　[2]　任喜伟，杨　帆，宋安玲.基于ZGL双液位测量仪的原油罐油水界面监测系统[J].化工自动化及仪表，2010，37(12)：126-128.

　　[3]　刘伟佳.导波雷达液位计信号处理模块设计[D].成都：电子科技大学，2010.

　　[4]　姬晓波，涂亚庆，任开春，等.雷达液位仪测量原理的分析及应用探讨[J].石油化工自动化，2005(1)：68-70.

　　[5]　郑金吾，王子平，朱利民.导波雷达———液位测量技术 的 新 发 展 [J]石 油 化 工 自 动 化，2001(1)：52-56.

　　[6]　苏　菲.新型雷达液位计的比较与设计考虑[J].医药工程设计，2008，29(2)：44-46.

　　[7]　邵文.导波雷达液位计在方家山核电站的应用[J].仪器仪表用户，2011，18(3)：96-98

　　作者简介：吕雪梅(1982-)，女，工程师，专业方向为仪表工程，E-mail：mable.lv@163.com

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