浅析USS-93B超声波液位计在热电厂的应用.doc

浅析USS-93B超声波液位计在热电厂的应用刘成铭 厉成静宏伟热电厂热工分厂辅控仪表班摘 要：本文通过对USS-93B超声波液位计在宏伟热电厂酸计量箱、碱计量箱的应用研究，进一步说明USS93B超声波液位计在热电厂常压或低压容器的实用性。关键词：超声波液位计、模拟信号、声波反射、远程监测1 前言宏伟热电厂化学生产现场的阳床、阴床、混床运行时，要定期进行树脂还原，还原时所使用酸、碱量有明确的规定，若酸量、碱量使用或多或少，都会严重影响除盐水的质量，易使锅炉、汽机结垢，从而严重影响了我厂锅炉、汽机等设备的安全运行；酸量、碱量使用的多少与酸计量箱、碱计量箱的液位指示有着直接的关系。原化学生产现场的酸、碱计量箱原采用E+H探杆插入式雷达液位计，这种雷达液位计在长期使用时存在易产生漂移，稳定性差，准确度低，且受外界干扰，不利于正常测量，不利于运转人员操作，易导致酸液、碱液的溢出。经探讨研究，认为大连海事大学研究所生产的USS-93B系列超声波液位计可替代E+H探杆插入式雷达液位计，决定采用超声波液位计，这种超声波液位计是非接触式测量，不与化学物质相接触，即安全、环保，又安装方便，测量准确，灵敏度极高，测量量程可调，方便灵活；并且有很强的耐腐蚀性，不易损坏。同时可与计算机数字化通讯，有标准模拟信号420 mA输出；测量信号可直接输入远程控制计算机，具有电流输出上、下限报警功能；并且在生产就地安装有数字显示仪表屏，现场数字显示液位高低，便于生产人员就地观察液位指示。2 超声波液位计的应用研究2.1 超声波液位计的工作原理和工作流程2.1.1 工作原理超声波液位计是一种利用声波反射原理检测酸箱、碱箱内液体液位的非接触式液位测量仪表，由安装于被测容器顶部的超声波探头向液面发射一束超声波，声波被液面反射后由探头接收，主机测的传播时间t，根据声速v即可得出液面至探头的空间距离L，在已知探头至容器底部距离即安装高低H的前提下，即可换算出容器内液位高度h； 换算公式为: h = H - L L = v t/2h 液位高度 H 安装高度t 传播时间 v 声 速 L 液面至探头的空间距离由于空气温度对声速有一定影响，所以还应测出环境空气温度T，以修正声速，公式为：v = 331.45 + 0.61 T ()由此可知，实际上超声波液位计对液位的测量，是对超声波探头至液面的距离的测量，之后通过换算公式换算得出的液位值。2.2 工作流程超声波液位计整机工作流程如下：3 超声波液位计的组成和主要技术指标3.1 超声波液位计的组成USS-93B超声波液位计是利用声波反射原理检测常压或低压容器内液体液位的非接触式液位测量仪表。整套仪表由超声波探头和超声波主机构成，二者均为全塑料密封机构，广泛应用于化工、电力、冶金、轻工、水处理等工业或民用部门的各种液位测量，并且具有耐强腐蚀性，完全适用于具有强腐蚀性的酸液、碱液的液位测量。超声波探头由超声波发生器、超声波接收器和信号电缆构成；主机由控制电路板、四位数字显示屏、接线端子、两位开关、操作按键（存贮、移动、增加、选择）、工作指示灯（前四个为绿色、后一个为红色）组成。3.2 主要技术指标：超声波探头 探头量程： 0.00 4.00 m（可调） 工作温度： - 30 65探头发射波束角： 3度探头耐压范围： 0.06 MPa信号电缆： 15米6芯电缆 主 机主机分辨率： 0.01 m主机测量误差： 0.3 %（满量程）主机检测周期： 2秒主机供电电压： DC 24 V（ 20 %） 0.5 A 主机输出模拟量： DC 4 - 20 Ma主机输出开关量： 高低位双继电器开关输出（常开）继电器触点容量： DC 30V 5A输出模拟量负载电阻： 0 - 5004 超声波液位计的设计4.1 对超声波液位计主机的研究超声波液位计主机是液位计处理信号的核心部分，它可由直流24V或交流220V为其提供电源。该液位计可通过主机机芯上的两位开关、存贮按键、移位按键、增加按键、选择按键及电位器等实现液位计校正、参数设定的功能。在超声波液位计工作时，主机有两种工作状态：一种是正常测量状态，一种是参数设置状态。超声波液位计在使用前应先对液位计的工作参数进行设置。在参数设置状态时，按选择键，依次可设定液位计的测量量程、安装高度、上限值、下限值、探头型号，每一参数设定后，必须按存贮键进行存贮，以确定所设的参数值。测量量程即被测容器内的液体最高液位值，此时对应的电流输出为20 mA。USS93B超声波液位计其量程可调，可调范围为0-20米，在液位计测量量程设定时，可根据容器内被测液体的高度进行设定；当被测体的液位大于（或小于）所设定的某个液位值即液位上（下）限值时，高位（低位）继电器开关量输出，液位计发出报警信号，提醒运行人员注意，液位计上（下）限值设定时可根据生产实际而定。超声波液位计的主机可与不同型号的探头相匹配，但因为不同型号的探头其工作频率是不一样的，所以使用前必须先设定探头的型号。 设定时，四位数字显示屏的前二位显示U-，后两位值对应探头型号值，超声波液位计探头共有USH-Y2、Y4、Y6、Y16、Y20五种不同型号的探头可供选用。超声波液位计在正常测量状态时，存贮按键、移位按键、增加按键无效，只有选择按键有效，按此键数字显示屏可依次显示被测液位值h（m）、探头至液面距离L（m）、环境温度T（），从而使运转人员很直观的知道液位值。4.2 对超声波液位计盲区的研究USS93B超声波液位计探头由于是超声波发射器和接收器合为一体的单探头，超声波的发射和接收就有一定的影响。在探头发射超声波及结束后存在较强的余振，不能同时检测回波，因此在距探头发射面一定距离范围内仪表不能正常检测，这段距离为盲区。有盲区的存在如何准确地显示被测液体液位？这就必须在安装时使探头高出被测液体的最大液位，避免液面进入盲区，从而解决了此问题。 不同量程的超声波探头的盲区范围是不同的，因此安装时必须按照安装技术指标来完成超声波探头的安装。5 对超声波液位计实施情况超声波液位计的安装、校验工作是十分重要的，要求严格按照探头及主机的安装、校验调试技术指标，进行整套设备的安装和校验调试工作。超声波液位计在安装前对其进行了校验，以确定整套设备各项性能指标正常。从供电方式选择、测量值校验、输出信号校正、开关量输出校验等进行全面的检查和校验，其效果良好。安装时，严格按照整套设备安装技术指标进行，安装部位远离了酸液、碱液进液口等易出现液面剧烈波动、漩涡之处，以及容器内的支撑等可能反射超声波的物体；并且用水平仪对探头法兰进行水平校正，以保证探头的发射波束与液面垂直，从而得到最强的反射效果。安装后，探头和主机都达到了设计、投运要求。6 应用效果分析6.1 提高测量准确度，避免酸液、碱液跑冒现象。改造前，原化学酸、碱计量箱液位计为E+H雷达液位计，这种雷达液位计准确度低；在长期使用时易产生漂移，调整时零度、满度不易调节；不利于正常测量。改造后，投入使用效果显著，超声波液位计每2秒钟进行一次检测，其灵敏度极高，超声波液位计测量液位十分准确，提高化学酸箱、碱箱液位计量准确度，避免了酸液、碱液跑冒现象的出现，同时也节省了酸液、碱液的使用量。6.2 降低设备成本，节省维护费用，提高经济效益改造前，原探杆插入式雷达液位计有雷达探杆，当酸箱（碱箱）液位达到一定高度时其与化学物质直接接触，安装时易于造成损坏。并且，这种雷达液位计是纯进口设备，成本高达2万4千多元，大大增加了设备维护费用。改造后，现在应用的液位计是由大连海事大学仪器仪表厂生产的超声波液位计，其成本仅7千元左右，大大降低了设备成本。按现在生产现场酸计量间5个液位计、碱计量间3个液位计，共计8个液位计算，仅设备成本可节约：（24000-7000）8 = 136000（元）并且节约酸、碱溢流造成的浪费费用和设备维护费用约合10万元，每年可为厂共节约近20余万元的设备维护费，这项改造既降低了设备成本，又便于检修、节省了维护费用，同时也提高了我厂经济效益。6.3 减轻劳动强度，增大人员、设备运行安全系数改造前，原E+H雷达液位计稳定性差，易受外界干扰，且生产现场没有安装就地显示表，不利于运转人员在就地观察液位指示；其测量不准，易造成酸液、碱液的溢出，而危害运行人员人身安全和设备安全；并且化学生产现场的阳床、阴床、混床还原时，若酸量、碱量使用不当，都会严重影响除盐水的质量，易使锅炉、汽机结垢，从而严重影响了我厂锅炉、汽机等设备的安全运行。改造后，超声波液位计测量信号可直接输入远程控制计算机，有电流输出上、下限报警功能，运行人员就可在控制室内远程监测到酸计量箱（或碱计量箱）液位的高低，大大减轻了运行人员的劳动强度，既方便又准确；并且在生产就地安装有数字显示屏，现场数字显示液位高低，便于生产人员就地观察酸液、碱液的液位指示，避免了酸液、碱液溢出造成人身和设备伤害的危险。同时超声波液位计测量十分准确，使化学生产现场各床还原彻底，保证了除盐水的质量，从而保证了我厂机组安全经济的运行。7 结论通过