無源核子料位計(jì)

　　1 前 言

　　物位的測(cè)量，一直是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域需要解決的問題之一?；痣姀S電除塵、除灰系統(tǒng)中料位的準(zhǔn)確的測(cè)量十分重要。

　　目前好多電廠由于料位計(jì)不好用，輸灰系統(tǒng)大多采用時(shí)間控制，而且因由于灰斗下料速度不穩(wěn)定，從安全角度考慮，時(shí)間都設(shè)得比較保守。

　　結(jié)果就導(dǎo)致每次倉泵輸送的灰都很少，用掉的壓縮空氣卻很多。當(dāng)灰量比較大時(shí)，就來不及排灰，使得灰斗內(nèi)大量積灰。另一個(gè)副作用是，加大了輸送每噸灰的耗氣量，增加了對(duì)排灰管道、閥門的磨損。曾經(jīng)某電廠的電除塵器發(fā)生了坍塌事故，其原因是因?yàn)榛叶范佳b滿了，料位計(jì)卻沒有報(bào)警，導(dǎo)致坍塌。當(dāng)然事后分析主要原因是除塵器廠家提供的支撐鋼材不達(dá)標(biāo)，無法承受當(dāng)時(shí)的荷載;但如果當(dāng)時(shí)料位計(jì)能夠準(zhǔn)備的報(bào)警，操作人員通過適當(dāng)?shù)牟僮鳎苍S就可以避免如此嚴(yán)重的事故。

　　那么采用何種物位測(cè)量產(chǎn)品能夠真實(shí)的反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況下火電廠中灰斗、倉泵、灰?guī)斓牧衔荒?

　　2 原 理

　　火電廠中目前采用的測(cè)量料位的產(chǎn)品主要有超聲波料位計(jì)、雷達(dá)料位計(jì)、射頻導(dǎo)納物位計(jì)、重錘式料位計(jì)，還有無源核子料位計(jì)。下面先了解下它們的測(cè)量原理。

　　超聲波料位計(jì)：音波發(fā)射頭能發(fā)射一束強(qiáng)烈音波脈沖，當(dāng)此音波到達(dá)物料表面時(shí)會(huì)有反射波傳回發(fā)射頭，此反射波經(jīng)由發(fā)射頭轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)，然后被送到超音波控制器，由控制器計(jì)算音波反射傳送時(shí)間，再轉(zhuǎn)換成料位或距離。

　　雷達(dá)料位計(jì)工作的基本原理和超聲波料位計(jì)一樣：發(fā)射-反射-接收，不同的是采用的為雷達(dá)波。

　　射頻導(dǎo)納料位計(jì)：所謂射頻導(dǎo)納，導(dǎo)納的含義為電學(xué)中阻抗的倒數(shù)，它由電阻性成分、電容性成分、感性成分綜合而成，而射頻即高頻無線電波譜，所以射頻導(dǎo)納可以理解為用高頻無線電波測(cè)量導(dǎo)納。儀表工作時(shí)，儀表的傳感器與灌壁及被測(cè)介質(zhì)形成導(dǎo)納值，物位變化時(shí)，導(dǎo)納值相應(yīng)變化，電路單元將測(cè)量導(dǎo)納值轉(zhuǎn)換成物位信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)物位測(cè)量。射頻導(dǎo)納料位計(jì)有射頻導(dǎo)納連續(xù)料位計(jì)和射頻導(dǎo)納開關(guān)兩種，前者輸出模擬量信號(hào)，后者輸出開關(guān)量信號(hào)。

　　重錘式料位計(jì)：智能電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)控制著系在不銹鋼鋼纜上的重錘向下降，重錘接觸介質(zhì)表面的瞬間停止下降，而后重錘式料位計(jì)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)⒅劐N收回。測(cè)量過程中，重錘式料位計(jì)通過雙光學(xué)傳感器的計(jì)量，獲取料位信號(hào)。

　　這里重點(diǎn)介紹下無源核子料位計(jì)：首先要知道什么是γ 射線，它是原子核能級(jí)躍遷蛻變時(shí)釋放出的射線。γ 射線有很強(qiáng)的穿透力，在穿過物質(zhì)時(shí)，強(qiáng)度減弱與物質(zhì)的密度相關(guān)，符合指數(shù)規(guī)律。主要機(jī)理是γ射線光子與物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)后損失其能量，從原射線束中消失。核子料位計(jì)就是利用γ 射線這三種效應(yīng)的原理。所謂無源，即無放射源。傳統(tǒng)的核子料位計(jì)忽略自然環(huán)境中廣泛存在微量的天然放

　　射性核素，利用人工放射源發(fā)出的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于環(huán)境的γ 射線。當(dāng)物料位置發(fā)生變化，高于或低于探測(cè)器和源容器的安裝位置，探測(cè)器探測(cè)到的放射源發(fā)出的γ 射線的強(qiáng)度有所不同。由此判斷物料是否到達(dá)安裝位置，見圖1;而無源核子料位計(jì)是不需要設(shè)置人工放射源的，充分利用自然環(huán)境中廣泛存在的微量天然放射性核素。當(dāng)物料位置發(fā)生變化，物料數(shù)量的多少、與探測(cè)器距離的遠(yuǎn)近發(fā)生變化時(shí)，探測(cè)器測(cè)量到的物料自身的γ

　　射線是不同的;由于物料的屏蔽作用，當(dāng)物料位置發(fā)生變化時(shí)，穿過容器的γ 射線強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化，見圖2。

　　由此可以看出只是用了核方法，沒有輻射防護(hù)的必要

　　3 對(duì) 比

　　首先說說電除塵的灰斗和輸灰系統(tǒng)的倉泵，由于工藝設(shè)備及流程的原因，無法采用頂裝式，故超聲波料位計(jì)、雷達(dá)料位計(jì)、射頻導(dǎo)納料位計(jì)、重錘式料位計(jì)不能采用。那么采用側(cè)裝的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)和呢，它們有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢?從安裝方法來說，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)必須在設(shè)備本體上開孔，把探頭伸進(jìn)去做接觸測(cè)量。

　　設(shè)備內(nèi)部環(huán)境惡劣，特別是電除塵的灰斗，內(nèi)部的溫度有160℃以上，而且灰無法避免的附著在儀表探頭上，盡管射頻導(dǎo)納料位開關(guān)在設(shè)計(jì)上使用了*的抗粘附電路，采用多參量的測(cè)量，交流鑒相采樣器的實(shí)現(xiàn)手段從數(shù)學(xué)理論上解決了在開關(guān)上掛料問題，采用的材料也可以抗磨損，但在如此惡劣的工況中，難免會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)警和損害。

　　從成本上講，雖然射頻導(dǎo)納料位開關(guān)相對(duì)比較便宜，但經(jīng)常需要更換，維護(hù)量大，總體投資費(fèi)用會(huì)比高;而無需與被測(cè)介質(zhì)接觸，環(huán)境因素再惡劣對(duì)它也沒有絲毫影響，不存在磨損問題;它測(cè)量的是安裝位置的灰的總量，容器壁掛灰量與真實(shí)的料滿畢竟在總量上有很大差異，所以能分辨到底是掛料還是料位真的到了，避免了掛料問題，且維護(hù)更換方便，不影響本體運(yùn)行。還有個(gè)方面，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)僅能夠輸出開關(guān)量信號(hào)，而不僅能輸出開關(guān)量，還能輸出模擬量，雖不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)料位的測(cè)量，但是可以準(zhǔn)確的反應(yīng)出測(cè)點(diǎn)位置灰位的變化過程，十分有利于運(yùn)行人員了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。另外射頻導(dǎo)納料位計(jì)在使用前需要調(diào)試。調(diào)試時(shí)，需要經(jīng)過有灰和無灰兩種狀態(tài)，才能準(zhǔn)確標(biāo)定料位計(jì)。所以在調(diào)試時(shí)，特別是在過168時(shí)，讓灰積到高位測(cè)量點(diǎn)，而這個(gè)時(shí)候料位計(jì)還處于待調(diào)狀態(tài)，不能可靠指示灰位，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行是有一定風(fēng)險(xiǎn)的。

　　那么在灰?guī)斓牧衔粶y(cè)量中，哪些料位計(jì)比較適用呢?灰?guī)旄叨雀?、空間大，飛灰嚴(yán)重，而超聲波料位計(jì)無法穿透重粉塵，無法正常工作，因此不能選用;若采用雷達(dá)料位計(jì)，系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間內(nèi)會(huì)在喇叭口結(jié)上很多灰塵，影響測(cè)量，雖然可以采用加裝吹掃裝置的方法，但是無法*解決結(jié)灰，還需要定期清灰，增加儀表維護(hù)量，所以不太適用。重錘式料位計(jì)有抗粉塵*力強(qiáng)，不受介質(zhì)介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率的影響

　　的優(yōu)點(diǎn)，用來采用灰?guī)炝衔粶y(cè)量還是比較適用的，不過安裝時(shí)要盡量避開進(jìn)料口、障礙物等干擾因素，還有它具有機(jī)械部分，雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但難免發(fā)生斷鏈等機(jī)械故障。射頻導(dǎo)納料位計(jì)在前面提到過，有很好的抗磨損、防止掛料、抗沖擊、抗高溫和腐蝕的能力，但是它屬于接觸類的測(cè)量?jī)x表，這點(diǎn)是無法與相比的?？墒窃诨?guī)斓倪B續(xù)料位的監(jiān)視上，是無法實(shí)現(xiàn)的;但由于不僅僅是對(duì)當(dāng)前設(shè)備中料位的高低判斷，還能夠反應(yīng)出測(cè)點(diǎn)位置的料位變化，可以通過在灰?guī)焐细叩筒煌奈恢?，安裝多個(gè)，從而可以判斷灰?guī)炝衔坏拇笾伦兓_(dá)到間接的連續(xù)料位的監(jiān)視目的，當(dāng)然這樣就提高了一次投入的成本。

　　4 結(jié)束語

　　可見在火電廠電除塵、除灰系統(tǒng)中料位測(cè)量上有很好的優(yōu)勢(shì)，能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低維護(hù)費(fèi)用,起到節(jié)能降耗作用?，F(xiàn)在越來越多的電廠用戶對(duì)在除塵除灰系統(tǒng)上測(cè)量的準(zhǔn)確性、維護(hù)的方便性得到了認(rèn)可。既然在測(cè)灰位上有這么好的*性，那么在其它的物位測(cè)量上，比如煤粉倉、煤斗的測(cè)量是否有好的效果?據(jù)廠家和用戶介紹，在煤位的測(cè)量上不理想，還需要進(jìn)一步的探索和研究。