物位测量技术在拉法基水泥中的应用经验介绍

背景

具有170多年历史的法国Lafarge(拉法基)公司是目前世界上最大的水泥生产厂商。自1994年以来，拉法基致力于发展与中国的合作伙伴关系，不断地加大在中国的投资，并在中国水泥行业取得巨大的发展。2005年8月，与中国西南地区最大的水泥生产企业瑞安建业正式宣布合并双方在中国的水泥业务，使作为外资企业的拉法基瑞安将一举进入国内水泥行业产能三强。

作为拉法基在中国投资最大的干法水泥生产厂——都江堰拉法基水泥厂，于2002年2月正式投产，设计产量为年产140万吨水泥。都江堰拉法基水泥公司投产初期就依靠先进的生产工艺、高效地生产效率和稳定的产品质量，成功进入成都市场。

挑战

对于拉法基而言，如何选择可靠高效的自动化控制系统及仪表设备是提高产品的竞争力的重要内容。在水泥厂中，对各种不同的物料仓的连续物位测量对于提高和稳定整个生产线的产品质量、生产效率和安全环保起着至关重要的作用。

拉法基曾尝试过各种不同的物位测量技术以解决这一难题，但是都没有得到令人满意的效果，尤其是在石灰石库、熟料库、均化库、成品水泥库等位置，其粉尘极大的特点使很多公司的物位产品都望而生畏。

在使用过重锤式物位计、电容式物位计、导波式雷达物位计等接触式物位测量方式后，发现这些在使用除了测量效果不是很理想外，还存在着钢缆可能被拉断以及钢缆被块状物料磨断而影响生产的危险性，因此已经基本上已经放弃了这种接触式物位测量方式的选择
超声波物位计虽然是一种非接触式的物位仪表，在很多领域应用十分广泛。但是在成品水泥厂的实际使用中发现：它很容易受到粉尘的影响。在停止加料的情况下，超声波能够在20m的测量范围内得到测量信号；但是在量程较大（料位较低时）和粉尘严重（连续进料和放料）时，基本上处于失波状态而无法正常工作。

拉法基一直在寻找一种能够使整个生产线达到完全自动化的可靠的物位测量方式，使工作人员能从危险有害的工作环境解脱出来，以提高生产效率，降低生产成本。

解决方案

为了选择合适的可靠的物位测量仪表，都江堰拉法基大量咨询了拉法基其他工厂的意见。位于美国密歇根州的Alpena水泥生产厂是北美最大的水泥厂，年产水泥270万吨，他们的使用经验给了我们很大的帮助。据介绍，该厂原来也存在着与我们同样的问题。2001年7月试用了西门子公司当时的新产品Sitrans LR400后，在熟料库、均化库、成品水泥库等测量工况取得了非常好的效果。

经过慎重地比较后，在众多国际优秀的仪表供应商提供的解决方案中，都江堰拉法基最终采用了西门子公司的提供Sitrans LR400产品作为连续物位测量解决方案, 西门子公司也给都江堰拉法基提供了很大支持。Sitrans LR400料位计在都江堰拉法基的使用非常成功.

Sitrans LR400是一款24GHz高频，采用连续调频工作方式的微波雷达物位计，最大量程可达45米，可以完全满足水泥厂中各种不同高度的仓的要求。

除此之外，它还有以下特点：

u 能够穿透严重的粉尘的影响，即使在用于诸如熟料、成品水泥、面粉、飞灰等介质的测量应用中，也能得到可靠、稳定、准确地物位测量。

u 继承了西门子妙声力50多年的物位制造经验而成得先进的回波处理技术——声智能技术，能够在各种苛刻的条件下将真假回波信号区分开来，从而保证物位测量的可靠性。

u 采用较长的喇叭口设计，既方便了现场安装的需要，又能够得到较小的微波发射角度，有利于增强回波信号的强度和避开微波雷达物位计发射范围内的干扰信号。

u 独特的固体型算法。它经过了西门子公司多年的研究和现场反复实验，从而使它能够在水泥等行业的各个粉尘极大的固体物位测量应用中，始终保持着出类拔萃的表现。

u 坚固的铝制外壳设计。能够满足各种恶劣的使用工况。

图二：Sitrans LR400固体型雷达物位计

西门子在2005年2月，新推出的固体型LR400在原有的基础针对固体物位测量的特点，做了很多改进。比如：将瞄准器作为微波雷达物位计的标准配置，提高了仪表的性能同时不增加任何费用；喇叭口可以根据客户的实际需要加长；量程升级至50米等。

使用效果

在3年多的使用过程中，Sitrans LR400始终工作稳定可靠，完全解决了在严重粉尘工况中的连续物位测量的难题。在熟料库、均化库等测量应用，在连续加料放料的情况，通过西门子提供的软件读取回波图形发现，回波信号基本没有受到粉尘的影响，依然非常强烈。

Sitrnas LR400可靠的性能使都江堰拉法基在各个重要的料仓的物位控制系统实现完全地自

图三：在严重粉尘工况下的回波信号图

动化，不再需要工人每天到各个工况恶劣的料仓上用投尺来检测料位，也不必担心类似接触式物位计拉断钢缆的风险，即提高了物位测量的可靠性和准确性，又大大节省了生产成本，而且还提高了生产的
安全性。另外，LR400的设计使用寿命为10年，这一设计特点也使水泥厂的投资成本达到最大化。

由于Sitrans LR400近几年在拉法基各水泥厂的成功应用，已经成为拉法基公司的推荐产品。

经验总结

	LR400	脉冲雷达	投尺	超声波	重锤	导波雷达	电容式	γ射线
测量方式	微波，非接触，连续	微波，非接触式，连续	人工，非连续	机械波，非接触式，连续	机械式，接触式，非连续	微波，接触式，连续	接触式，连续	核能，非接触，连续
准确性	高	一般	差	一般	一般	高	一般	一般
量程	大，50米	一般为30米，30米以上用抛物面天线	不超过30米	30米（粉尘较小时）	一般不超过30米	最大35米	最大35米	小
粉尘影响	基本不受影响	粉尘大时有影响，回波信号较微弱	无	影响很大	无	影响较大，并在挂料的情况工作失常	有影响	无
安装要求	较低	一般，抛物面天线安装要求较高	无	较低	较高	较高，经常会断缆	较高，经常会断缆	非常高，对人体有危害
价格	一般	一般	低	较低	较高	较低	低	高
使用寿命	10年设计使用寿命	一般	一般	较短，无法适应高温高压工况	短，如使用不当，经常埋锤	短，挂料时需经常维护；经常断缆	一般，需现场调试；经常维护	一般为5~7年，根据放射源
使用效果	极佳，几乎是用于水泥厂任何工况，拉法基推荐产品	一般，粉尘大时，信号不太可靠	可靠	可用于原料、石膏等非重粉尘工况	信号比较可靠，但基本已被弃用	一般，逐渐趋于被淘汰	不理想，一般作为物位开关用	可靠，但用的极少

表一：在水泥行业使用的各种物位测量技术比较

在使用SITRANS LR400的过程中，我们发现有两点需要特别注意，否则可能会带来意外的影响。

1、 防尘处理。
故障现象：虽然微波能够穿透粉尘的影响，但是在一些粉尘极端严重的情况下，扬起的粉尘可能会粘附到雷达波发射电极上，而导致发射信号的衰减，甚至完全丢失。有时候，扬起的粉尘非常潮湿，甚至会在微波雷达物位计的喇叭口上结成泥块（如图四）。一般的情况，只需清除了喇叭口内的粉尘和泥块，就可以恢复仪表的正常使用。

图四：粘结在喇叭口上的泥块，清除泥块后恢复正常工作

解决方案：
A、防尘罩。在大多数情况下，只需要在Sitrans LR400雷达物位计喇叭口上安装一个PTFE的防尘罩，即可解决此类问题。在常温的情况下，只需可选择普通的塑料薄罩在喇叭口也可以达到同样的效果（如图五）。

B、吹扫系

图五：自制的防尘罩

统。在粉尘叫潮湿的情况下，即使使用了防尘罩，但还是会有泥块粘结在防尘罩，定期地更换防尘罩会增加员工的工作量和降低生产效率。选择了西门子LR400的特殊选项——吹扫装置后，可以将压缩定时或连续地吹到喇叭口内，防止粉尘和湿气的侵入。

2、 安装位置。
图六：固定干扰引起的虚假回波

故障现象：避免安装在靠近进料口、仓壁以及横梁等位置，以防止由于意外的干扰引起故障。在水泥厂有一个仓的使用中，发现物位测量仪表的指示总是固定在某个数值上。西门子工程师到了现场以后，使用调试软件读取回波图形发现在正常的回波前面有一个较强的虚假回波（如图六）。回来通过现场的查看发现，这台表由于安装位置选择合理，是仓壁的一根金属横梁被仪表“检测”到而导致这一故障。
解决方案：
A、更换至合理的安装位置。

B、选用带瞄准器的固体性LR400。只需稍微调整瞄准器的角度，可以将固定干扰的回波强度降到最小。

图七：在调整瞄准器前后的使用效果比较
（注：左图为未使用瞄准器的回波图；右图使用瞄准器调整10°后的回波图）

C、利用先进的回波处理软件将固定干扰消除掉。但一般如果干扰回波较强，或者固定干扰位置在测量范围“中心”时，采取固定干扰回波抑制的方式可能会带来“副作用”，而产生较大的测量“盲区”。在如前的故障中，由于干扰发生的位置较高，因此采用回波处理软件技术“切除”这一干扰。故障消除后使用至今，一直工作稳定可靠，充分体现了Sitrans LR400出色的回波处理能力。

D.露天安装应注意安装法兰处的密封.