西門子物位測量技術(shù)在臺山發(fā)電廠的成功應(yīng)用

1、    西門子物位測量技術(shù)在臺山發(fā)電廠的成功應(yīng)用一、引言臺山發(fā)電廠坐落在全國著名僑鄉(xiāng)臺山市銅鼓灣,廠區(qū)三面環(huán)山,南面臨海,與廣東省著名的旅游勝地上、下川島隔海相望。該電廠整體工程分兩期建設(shè),一期工程5臺機組總?cè)萘繛?000MW,第二期工程6臺機組為6000MW，最終容量可達(dá)9000MW，1、2號機組分別于2003年12月9日及2004年4月9日投產(chǎn)。臺電又是廣東省十大重點工程之一，也是亞洲目前規(guī)劃建設(shè)規(guī)模最大的火力發(fā)電廠。臺電的建成將大大緩解廣東用電緊張的壓力，成為廣東省最可靠的電源一、引言臺山發(fā)電廠坐落在全國著名僑鄉(xiāng)臺山市銅鼓灣,廠區(qū)三面環(huán)山,南面臨海

2、,與廣東省著名的旅游勝地上、下川島隔海相望。該電廠整體工程分兩期建設(shè),一期工程5臺機組總?cè)萘繛?000MW,第二期工程6臺機組為6000MW，最終容量可達(dá)9000MW，1、2號機組分別于2003年12月9日及2004年4月9日投產(chǎn)。臺電又是廣東省十大重點工程之一，也是亞洲目前規(guī)劃建設(shè)規(guī)模最大的火力發(fā)電廠。臺電的建成將大大緩解廣東用電緊張的壓力，成為廣東省最可靠的電源支撐點之一。為了更好地實現(xiàn)臺電的定位標(biāo)準(zhǔn)，即以更安全為基礎(chǔ)，更可靠為依據(jù)，更先進(jìn)為動力，更經(jīng)濟為宗旨，更規(guī)范為保障，更環(huán)保為標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)國際一流電廠。在每一臺設(shè)備的選擇上，臺電本著安全可靠的原則，均選擇了國內(nèi)最成熟可靠的產(chǎn)品解決方案。長

3、期以來，在電廠各個環(huán)節(jié)的固體料倉的料位測量一直是個難點，比如：煤倉、飛灰倉、石灰石粉倉等。目前市場可以選擇料位計種類和品牌非常繁多，參差不齊。 二、解決方案及技術(shù)特點在經(jīng)過大量市場的調(diào)查和研究，以及與各物位計生產(chǎn)廠商的技術(shù)交流之后，最終在臺電的一期工程的五臺600MW機組上選擇了西門子公司提供的料位測量解決方案，該解決方案主要以超聲波和雷達(dá)物位計等非接觸式物位測量技術(shù)為主。 1、超聲波物位測量解決方案及特點原理及應(yīng)用：超聲波料位計基于回波測距原理。超聲波料位計大多采用氣介導(dǎo)聲的方式，即利用在空氣中傳播的超聲脈沖在被測物體上被反射，并接收其回波，超聲脈沖來回傳播的時間與聲脈沖

4、傳播距離成正比，測出聲脈沖行程時間，就可據(jù)之算出物位。 超聲波在粗糙的固態(tài)表面（包括顆粒狀物料表面）上的反射狀況與聲波波長表面粗糙度（顆粒狀物料的粒徑）有關(guān)。當(dāng)表面粗糙度與聲波波長接近或大于波長時，聲波會產(chǎn)生漫反射，類似光波在毛玻璃上的反射。由于漫反射的作用，超聲波的大部份能量都散射了，返回的只是一小部份能量，經(jīng)常會因此導(dǎo)致失波的現(xiàn)象（如圖2），故測量固態(tài)料面時，很多廠商會選擇比測量同樣距離的液面發(fā)射更強（大一倍或更大量程）的超聲波能量。另外，在固體的料位測量中，不可避免會產(chǎn)生一些粉塵；而粉塵會吸收超聲波的能量，而使回波能量被衰減。因此，超聲波技術(shù)一般都用于測量顆粒度較大的固體料位，

5、比如：原煤倉等。 技術(shù)特點：聲阻匹配技術(shù)。  不同于其他公司的產(chǎn)品，西門子采用了一種聲阻匹配的技術(shù)來作為測量固體料位的主要技術(shù)。采用低密度的介質(zhì)緊貼在超聲波發(fā)射表面，以降低超聲波探頭聲阻，使發(fā)生的超聲波能量衰減大到最小。這也是目前所有的超聲波固體測量技術(shù)中成本最低、可靠性最高、應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)。據(jù)測試，采用聲阻匹配技術(shù)的超聲波探頭比普通的超聲波探頭的性能要提高56倍。  矩陣式聲源系統(tǒng)。當(dāng)量程增加時，超聲波探頭的發(fā)射能量也需要大大的增加，同時也需要降低發(fā)射頻率來減少超聲波能量在長距離的傳輸中衰減。但是采用以上技術(shù)，也會帶來一些“副作用”：

6、波束角增大；超聲波能量發(fā)散；探頭表面的“自清潔”功能不明顯，容易粘結(jié)物料（如圖3）；較低的發(fā)射頻率容易受到自然噪聲的干擾；精度低等一系列問題。西門子公司采用矩陣式聲源系統(tǒng)克服了上述技術(shù)的缺點。它選擇使用了多個（不是一個）晶振作為發(fā)射源；相對于普通的超聲波探頭，它的發(fā)射頻率更高，波束角更?。芍?º），表面的震動能量更大，“自清潔”的作用更明顯；抵御環(huán)境噪聲的能力也更強。兩線制連線方式。西門子公司的超聲波探頭一般都采用兩線制模式，除了進(jìn)行傳輸和識別超聲波探頭脈沖信號，同時也進(jìn)行溫度信號的傳輸以實現(xiàn)溫度補償?shù)淖饔?。不同于常見的三線制模式，兩線制模式既可以選擇雙絞屏蔽線作為傳輸線纜，也可以

7、選擇抗干擾能力更強的同軸電纜。它的優(yōu)點是：傳輸距離最長可達(dá)365m，最大程度地實現(xiàn)多點測量；最有效地克服來自環(huán)境的噪聲，使回波信號更加可靠穩(wěn)定。 2、雷達(dá)物位測量解決方案及特點原理及應(yīng)用：微波物位計和超聲波物位計一樣，也是基于回波測距原理的物位測量方式。不同的是，它是一種電磁波，在傳播的過程不需要傳輸媒介的傳遞，因此基本上不需要考慮揮發(fā)性氣體和蒸汽、溫度、壓力（真空）、甚至粉塵的影響。微波和所有的電磁波一樣在自由空間中是以光速(300,000,000m/s)傳播，電磁波到達(dá)目標(biāo)并經(jīng)反射返回接收器這一來回所用的時間幾乎是瞬間的。西門子推出的Sitrans LR400固體型雷達(dá)是專門用于

8、測量粉狀固體料位的雷達(dá)物位計，比如：電廠的飛灰倉、粉煤倉、石灰石粉倉等。 技術(shù)特點：K波段高頻技術(shù)。微波物位計的典型波段為5.8GHz、10GHz、24GHz。通常我們稱5.8GHz（或6.3GHz）的頻率為C波段微波；10GHz的頻率為X波段微波; 24GHz（或26GHz）的頻率為K波段微波。在過去很長一段時間，非接觸式雷達(dá)物位測量技術(shù)被認(rèn)為只能測量液體介質(zhì)。西門子提出采用K波段（24GHz）的雷達(dá)測量技術(shù)，能大大改善雷達(dá)波在固體表面的發(fā)射效果，從而達(dá)到測量固體料位的理論。這是因為：根據(jù)波的特性公式：波的速度=波的頻率X波長，高頻的微波相對低頻的微波而言，具有更小的波長，在傾斜的

9、粗糙的固體表面能夠形成更多的發(fā)射，使微波測量固體的可靠性也大大地提高了。目前，這一理論已經(jīng)被各家雷達(dá)物位計生產(chǎn)商所接受，并成為固體型雷達(dá)料位計的標(biāo)準(zhǔn)。另外，由于采用高頻率的微波技術(shù)，根據(jù)雷達(dá)天線增益的公式： 其中：為孔徑系數(shù)；      D為天線的尺寸；      為微波的波長?？梢酝瞥觯捎肒波段的雷達(dá)物位計可以采用較小的喇叭口得到較大的增益值，因此一般24GHz的雷達(dá)一般只需要采用4”的喇叭口天線就可以得到非常好的性能，使安裝變得更加方便。 FMCW工作原理。FMCW微波

10、物位計采用線性的調(diào)制的高頻信號。它是一種基于復(fù)雜數(shù)學(xué)公式的間接測量方法，由頻譜計算出物位距離。天線發(fā)射出被線性調(diào)制的連續(xù)高頻微波信號并進(jìn)行掃描，同時接收返回信號。發(fā)射微波信號和返回的微波信號之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成一定比例關(guān)系。采用FMCW原理的微波物位計都具有連續(xù)自校準(zhǔn)的處理功能。被處理的信號與一個表示已知固定距離的內(nèi)部參照信號進(jìn)行比較。任何差值會自動得到補償，這樣消除了由溫度波動或變送器內(nèi)部電子部件老化引起的可能的測量漂移。采用FMCW的工作原理的雷達(dá)物位計的精度、穩(wěn)定性和可靠性一般都要優(yōu)于脈沖方式的雷達(dá)物位計。固體料面由于本身的形狀和表面特性比較復(fù)雜，而且還處于不斷地變化中。因此

11、，料位測量結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性的提高對于系統(tǒng)控制來說至關(guān)重要。 四線制供電。   在粉塵大、量程大、料面安息角較大而導(dǎo)致能量散射嚴(yán)重的工況中，經(jīng)常會因為回波信號微弱而導(dǎo)致失波，甚至儀表工作“死機”。采用四線制的供電方式保證了儀表的發(fā)射功率較一般的兩線制的雷達(dá)要強得多，使其可靠性達(dá)到最理想的狀態(tài)。 三、安裝和調(diào)試安裝位置的選擇1、盡可能選擇遠(yuǎn)離進(jìn)料口的位置，以避免在進(jìn)料狀態(tài)時，超聲波或雷達(dá)波束感應(yīng)到物料而造成誤動作。2、盡量保證在超聲波或雷達(dá)在有效測量范圍內(nèi)的波束不會“接觸”到任何障礙物，比如：人梯、橫梁、攪拌器等。3、測量點最好選擇能夠準(zhǔn)確反映

12、平均料位的位置。如進(jìn)料口是在中心位置的話，物料會在進(jìn)料時形成中間高四周低的形狀，將測量點選擇在中間不能反映真實可信的料位。瞄準(zhǔn)器在測量固體料位時，通常料位計不會安裝在中心位置，而進(jìn)料口是在中間位置，一般都需要用到瞄準(zhǔn)器來調(diào)整探頭的角度，一般都是選擇瞄準(zhǔn)出料口。因為大多數(shù)固體料倉的底部是錐形的，在空倉的情況下，如果探頭的安裝是垂直往下的，那么就可能會造成回波打在料倉底部無法回收。如調(diào)整瞄準(zhǔn)器的安裝角度，則可從物料上收到最有效的漫反射回波，保證測量得到最可靠的回波。超聲波料位的瞄準(zhǔn)器需要另外配置，也可以自己簡單地制作。Sitrans LR400固體型雷達(dá)則將瞄準(zhǔn)器作為標(biāo)準(zhǔn)配置，并且為了適應(yīng)工況需要 很多混凝土料倉的倉頂較厚，將喇叭口天線設(shè)計地比較長，可以深入倉內(nèi)，以避免由于倉頂過厚造成的干擾。而且，Sitrans LR400固體型還提供了延長管的設(shè)計，以滿足過長的安裝立管的要求。 方便的調(diào)試   西門子公司的物位計設(shè)計了更加人性的安全的現(xiàn)場儀表調(diào)試方式，它可以通過一種紅外手操器對儀表進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，而不需要像很多儀表一樣，需要直接接觸儀表顯示屏進(jìn)行操作，使操作工人更