關于導波雷達液位計的故障分析及處理

李增剛

（河北大唐國際張家口熱電有限責任公司，河北 張家口 075000）

隨著電力生產的快速發展，設備性能的不斷提高，結構指標的不斷優化，液位監測的手段日益增多。對于液位測量，特別是密封儲罐的液位測量，導波雷達液位計有著不可或缺的重要作用。不同工況下，液位測量的要求也不盡相同，在排除環境、溫度、壓力等因素的干擾下，針對導波雷達液位計本身的結構特點，有著得天獨厚的優勢，特別是微處理器技術的引用，使測量水平得到革命性提升，不僅提高了測量精度和分辨率，范圍也相繼變大，它的出現，使測量儀表穩步邁入智能化領域時代[1]。

1 設備簡介及工作原理

1.1 設備簡介

GDGW54 導波雷達液位計由表芯、導波頭、鋼纜及重錘4 部分組成，在復雜環境下，特別是高溫高壓工況中，能夠精準測量液位高度。它采用先進的微處理器和獨特的Echo Discovery 回波處理技術，發射功率低，可安裝于各種金屬、非金屬容器內，對人體及環境無任何傷害。

圖1 導波雷達測量系統示意圖Fig.1 Schematic diagram of guided wave radar measurement

1.2 工作原理

導波雷達液位計利用時域反射原理（TDR）為基礎，導波雷達發出的高頻微波脈沖沿著探測組件傳播，當遇到被測介質表面時，由于介電常數突變，部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到導波雷達，發射脈沖與反射脈沖的時間間隔與被測介質的距離成正比，經計算得出液位高度，如圖1 所示。

2 當前狀況

河北大唐國際張家口熱電有限責任公司為2×300MW亞臨界燃煤機組，每個主油箱頂部裝有4 支液位計，1 支為江蘇杰創科技有限公司生產的磁性浮子液位計，3 支為北京古大儀表有限公司生產的導波雷達液位計，并全部投入使用。在生產過程中，主油箱油位過低或過高都會引發危險。如果油位過高，油箱內油氣分離不好，排煙風機容易氣中帶油，停機后大量潤滑油返回至油箱，存在油外溢的風險；如果油位過低，低于安全油位，油箱內射油器容易出現工作不正常，一旦吸入空氣，將造成主油泵出口油壓擺動，嚴重時調節系統發生擺動，引發軸承斷油燒瓦事故。

DCS 量程設置值見表1，導波雷達液位計參數設置值見表2，設備裝置圖如圖2 所示。

3 故障分析及處理

3.1 故障分析

導波雷達液位計常見故障如下[2]：

1）介質波動引起導波雷達液位計指示波動（這種現象是工藝變化導致，不屬于儀表故障，介質波動停止后導波雷達液位計指示也恢復正常）。

表1 DCS量程設置值Table 1 DCS Range setting

表2 導波雷達液位計參數設置值Table 2 Parameter setting value of guided wave radar level gauge

圖2 設備裝置圖Fig.2 Equipment installation drawing

2）導波雷達液位計的導波強度過強或過弱。

3）導波雷達液位計鋼纜安裝較松或無配重，容易造成鋼纜擺動碰壁。

圖3 測量數據曲線圖1Fig.3 Measurement data curve 1

圖4 測量數據曲線圖2Fig.4 Measurement data curve 2

4）導波雷達液位計鋼纜安裝位置離管壁太近，容易造成碰壁。

5）導波雷達液位計測量盲區過小。

6）導波雷達液位計安裝位置靠近進料口，進料時沖刷鋼纜造成指示波動。

7）導波雷達液位計鋼纜表面或導波筒內壁有附著物，影響正常回波。

8）實際液面已超出測量范圍，探入頂部部盲區或底部盲區。

9）導波頭內部四氟材質不嚴密，部分油氣已進入導波頭內。

10）表芯故障或表芯與導波頭連接松動，造成指示不準確。

11）參數設置不正確，DCS 量程與表芯量程不對應，基本參數設定不符合實際現場安裝條件。

12）設備使用時間過長，已達年限壽命。

3.2 案例處理

故障一：2 號導波雷達液位計測量數據無變化，拉直線。如圖3 所示。

分析處理：

1）檢查就地2 號導波雷達液位計的參數設置，并查看回波曲線，發現無回波。

2）將裝置抽出，檢查鋼纜表面是否有異物附著，鋼纜與底部重錘、鋼纜與頂部連桿是否松動，導波筒內壁是否有雜物，四氟聚乙烯擋片是否脫落，發現鋼纜與頂部連桿存在松動情況，導致導波頭接收不到返回的信號，無法進行液位計算，是此次測量失敗的主要原因。

3）緊固并回裝上電，曲線恢復正常。

結論：鋼纜與頂部連桿安裝松動，回波信號無法正常回傳至導波頭，影響液位測量。

故障二：1 號導波雷達液位計測量數據波動大，頻繁跳變。如圖4 所示。

分析處理：

圖5 測量數據曲線圖3Fig.5 Measurement data curve 3

1）檢查就地1 號導波雷達液位計的參數設置，并查看回波曲線，未發現異常。

2）將裝置抽出，檢查鋼纜表面是否有異物附著，鋼纜與底部重錘、鋼纜與頂部連桿是否松動，導波筒內壁是否有雜物，四氟聚乙烯擋片是否脫落，均未發現異常。

3）將表芯拆下，檢查底部與導波頭連接處是否有異物，并用清洗劑清洗數次后，回裝繼續觀察曲線變化，問題仍未解決。

4）判斷表芯與導波頭連接插頭松動，將裝置拆除并發回廠家檢測，確定情況屬實，并調整插頭偏移角度，重新上電觀察，曲線恢復正常。

結論：表芯與導波頭的連接方式為同軸插針式，在拆裝表芯時，對位不準確，容易造成插針偏移，影響液位測量的精準度。

故障三：3 號導波雷達液位計測量數據波形異常。如圖5 所示。

分析處理：

1）檢查就地3 號導波雷達液位計的參數設置，并查看回波曲線，未發現異常。

圖6 測量數據曲線圖4Fig.6 Measurement data curve 4

圖7 測量數據曲線圖5Fig.7 Measurement data curve 5

圖8 測量數據曲線圖6Fig.8 Measurement data curve 6

圖9 測量數據曲線圖7Fig.9 Measurement data curve 7

2）將裝置抽出，檢查鋼纜表面是否有異物附著，鋼纜與底部重錘、鋼纜與頂部連桿是否松動，導波筒內壁是否有雜物，四氟聚乙烯擋片是否脫落，均未發現異常。

3）將表芯拆下，檢查底部與導波頭連接處是否有異物，并用清洗劑清洗數次后回裝繼續觀察曲線變化，問題仍未解決。

4）更換新表芯，重新設置參數，上電后觀察曲線變化情況，問題仍未有效解決。

5）將3 號導波雷達液位計與1 號導波雷達液位計互換，并合理設置參數，調整后問題仍未解決。

6）互換后的波形如圖6 所示。

結論：3 號導波雷達液位計與1 號導波雷達液位計互換后，波形有所好轉，但是出現平頂現象，初步判定該問題與裝置無關，可能是導波筒的影響。

故障四：3 號導波雷達液位計測量數據波形持續出現平頂。如圖7 所示。

分析處理：

1）3 號導波雷達液位計測量數據波形持續出現平頂情況，相比其它兩支液位計波形來看，未出現山峰形狀。

2）出現平頂情況，起初懷疑高位量程設置過小，已進入盲區范圍，影響最大輸出值。

3）油箱實際油位并未達到盲區附近。以磁翻板液位計為基準，機組大修期間，潤滑油全部收回至油箱后，液位顯示為400mm，機組正常運行期間，液位顯示為0mm（定期工作油泵聯鎖啟動除外），運行規程規定油箱內油位零點為1150mm（油箱頂部往下1150mm），因此排除實際油位到達盲區的可能。

4）將3 號導波雷達液位計與2 號導波雷達液位計互換，并合理設置參數，裝置互換后的波形如圖8 所示。

結論：3 號導波雷達液位計與2 號導波雷達液位計互換后，波形效果有所改善，對比于其它兩支來看依舊不好，由此判斷是導波筒出了問題。

故障五：3 號導波雷達液位計導波筒內壁不光滑，影響數據測量。

分析處理：

將2 號導波雷達液位計與3 號導波雷達液位計兩導波筒同時抽出，檢查3 號導波雷達液位計導波筒內壁不光滑，存在毛刺現象，用工具打磨之后，互換位置統一下裝，下裝前用水平儀測量確保垂直度絕對良好，再次觀察波形曲線，如圖9 所示，恢復正常。

結論：導波筒內壁必須保持光滑度，安裝時確保與油箱底部相垂直，嚴禁傾斜下裝。

4 總結

在儀表回波曲線中，X 軸和Y 軸代表的意義不一樣，X 軸的長度代表纜長設定值，也就是說，正弦波會顯示在這個長度上，儀表會檢測一個最具代表性的波形來判定回波，這種情況無疑增加了一些干擾波，很容易將此時的干擾波當成液面回波，且回波曲線指向后移，導致空高測量值不準確，故纜長不易設置過長，相比實際纜長多0.5m 即可（視情況而定）。Y 軸的長度代表盲區的設定值，它的大小直接反映出電磁波發送與接收的質量，簡單來講，理論上發出100 個電磁波，接收100 個電磁波，而現場實際情況中，由于外界干擾的影響，例如泡沫，它會吸收和折射一部分電磁波，影響回波質量。盲區設定有講究，儀表出廠設置的盲區是0.5m，加裝導波筒后，可改善為0.40m，所以盲區設定要大于0.40m，如果設定太小，直接影響回波質量，導致回波曲線上顯示的圖形偏低，使回波強度減弱，數據測量不準確。

本文闡述了導波雷達液位計測量系統的原理以及相關參數設置，針對在生產過程中發現的問題，通過查看SIS數據圖形進行分析比較，找出解決方法，制定整改措施，總結經驗教訓，將液位計的性能指標充分展現出來，以滿足各種工況下的需求。