超声波液位计在输煤区域沉淀池的应用

 超声波液位计在输煤区域沉淀池的应用

余宏

（江苏射阳港发电有限责任公司，江苏 盐城 224300）

摘  要：随着环保要求的逐渐提高，国家制定了一系列污水排放标准，以保护水资源和生态环境的安全。燃料区域煤水沉淀池煤水外溢进入雨排井，汇流后污染水源，为了最大程度避免污水外溢，达到污水排放的标准。公司在煤水沉淀池水位控制上，采用超声波液位计取得了很好的效果，本文主要从超声波液位计的工作原理,特点,组成,安装及测量运用等几个方面，进行分析超声波液位计在我厂煤水沉淀池中的应用。

关键词：超声波液位计；时差法；测量；液位

0引言

  液位测量分为两种，接触式和非接触式。非接触式有超声波法、微波雷达法和激光法，接触式为浮子型及压力型。超声波液位计相对于浮球液位计，采用非接触测量方式，多种传感器材质，内置全量程温度补偿。相较于以前的浮球液位计，存在浮球不动作，液位比重小于浮球比重，浮球漏水，浮球动作，但无信号输出，或异物卡住浮球信号输出不正常，磁场干扰浮球动作等等缺陷问题。而超声波液位计仪表精度高、反应快，无机械可动部分，安装简易、方便、可靠性高不受液体粘度、密度等影响。但缺点同样存在，成本高、维护维修困难，此外有粉尘和蒸汽的介质将会影响测量，容易受到环境因素影响，导致测量结果不准确。

1 工作原理

超声波液位计是由微处理器控制的数字液位表，在测量中通过传感器里发出超声波脉冲，将声波发射到液体表面再反射回传感器重新接收，通过压电晶体将其转换为电信号，计算声波发射到被测液体表面所接收的时间得出两者之间的距离。

把振动频率超过20KHz的声波称为超声波,它属于机械波，相比而言，具有波长短，频率高等特点，超声波液位计由变送器和传感器二部分组成。传感器受电后发出超声波脉冲，该脉冲通过空气到达介质表面后被反射回来，部分反射的回波被同一传感器接收，并转换成电信号。声波的传播时间T与传感器到达被测介质表面的距离S成正比, 通过时间差T和声速C，得出下列公式：

S=C×T/2, 声速为C=340m/s

因发射的超声波脉冲有一定的宽度，使得在传感器较近的小段区域内反射波与发射波重叠，传感器无法识别，不能测量其距离值，该区域被称为测量盲区。盲区的大小与超声波液位计的型号有关，与超声波液位计的量程有关。最大的测量范围取决于空气对超声波的衰减以及脉冲从介质表面反射的强度。环境温度对超声波液位计测量影响较大。

图1  超声波液位计的工作原理示意图

Fig.1  Schematic diagram of the working principle of ultrasonic level gauge

2 超声波液位计的安装及注意事项

超声波液位计安装应遵循的原则：

（1）传感器到最低液位距离应不小于液位计的最大量程。

（2）传感器探头应与被测液面平行，探头发射的超声波波束所辐射的区域内不得有障碍物，

（3）液位计安装高度应大于最高液位加盲区，如图2所示。

图2  安装高度与测量距离图形

Fig.2 Installation height and measurement distance graph

安装要求及注意事项：

（1）一般使用螺母，套管，支架及法兰等安装，安装要牢靠。

（2）避免安装在进出料口，造成测量误差，如图3所示。

（3）安装地点应避开强磁场。

（4）尽量不用在有水蒸汽、雾气和有粉尘地方，因为有冷凝水和粉尘，造成测量偏差。

（5）信号线应采用屏蔽电缆，屏蔽电缆采用单点接地。

（6）一个罐体不能装多个超声波液位计，以避免互相干扰而产生测量误差。

（7）由于波束角存在（传感器向下约11度角发射），液位计安装时应与池池壁保持一定距离，如图3所示。

（8）尽量不用在密封的容器里，不可装在压力容器内。

（9）不安装在罐体中间，如图3所示。

（10）超声波波束所辐射的范围内，不得有障碍物。

（11）露天安装，尽量使用防雨罩。避免仪表日光直射或雨水淋湿。

（12）安装位置应避免在振动大的地方，以免损坏液位计。

图3  罐体中安装位置示意图

Fig.3 Schematic diagram of installation position in the tank body

3 温度补偿

空气中的声速与空气温度的关系为V=(331.5+0.6T/S), 声速受温度影响较大，在1标准大气压下，温度误差达到1℃时，液位测量偏差超过0.17%,测量环境温度数值，超声波液位计要测得准，必须对声速进行温度补偿修正，以减少环境温度变化对测量产生的偏差。

在实际测量中，高温会导致超声波液位计出现测量误差，部分仪表具有先进的测量系统，在超声波液位计测量中，有一个过程温度，就是在传感器探头中集成一个温度传感器，用于校正温度变化对时间行程测量的影响，对温度进行补偿，来减少测量误差。

4超声波液位计在输煤区域沉淀池的运用

输煤区域沉淀池大部分电厂用浮球液位开关控制液位，浮球液位开关在使用中不是太稳定，浮球液位开关使用的沉淀池不能太深，输煤区域煤水沉淀池较多，煤泥在沉淀池中沉淀堆积，再加上沉淀里杂质较多，清理不及时，就会造成浮球不翻转，或陷在煤泥中，造成不能启动或水泵不停机运行，损坏水泵，每年更换不少浮球 ，维护费用及维护人员工作量较大。

超声波液位计作为液位测量的再现仪表，将测量的液位值用模拟信号（电流信号）反馈给PLC（或DCS），PLC以此为依据启动程序，发出相应指令，进行自动控制，选用的超声波液位计型号为FMU30。

图4FMU30超声波液位计

Fig.4 FMU30 ultrasonic level gauge

(1)我厂对煤水沉淀池液位进行实时的监测和控制。

(2)在煤水沉淀池上都安装超声波液位计，大部分采用支架式固定安装，将支架前端钢板上开个孔，将液位计用套管固定在钢板上，将支架焊接在沉淀池边上。

(3)将沉淀池内液位计在PLC中设定上限1、上限2、下限，将上限1设定在3m，上限2设定在3.1m,下限定在1.7m，液位计将信号传送给PLC。

(4)当液位达到上限1（3m）时,PLC发出指令，常开触点1闭合，中间继电器1得电，交流接触器1吸合，配合低压电气回路启动潜污泵1。同时，在运行值班人员电脑监视屏上，有声光报警，提醒运行值班人员，沉淀池煤水己达上限1，在电脑上观测液位是否下……

图5　　模拟量信号转换处理

Fig.5 Analog signal conversion processing

(5)如液位继续上升，液位达到上限2（3.1m）值时，PLC发指令，常开触点2闭合，中间继电器2闭合，交流接触器2吸合，低压电气回路启动潜污泵2，双泵运行。

(6)运行值班人员继续观察液位，如液位不下降，可到现场检查潜污泵是否启运，否则，可将切换开关打在手动位，手动启动潜污泵, 以防止沉淀池里煤水溢出的事故发生，随着煤水的排出。

(7)沉淀池液位下降，当实际测量值达到液位下限1.7m时，PLC发出指令，常闭1点断开，常闭2点断开，同时切断两台潜污泵控制回路，2台潜污泵停运，这样，能将沉淀池液位始终控制在非常安全的高度。

图6液位判断和指示输出

Fig.6 Liquid level judgment and indication output

PLC控制与仪表控制，两种控制方式谁劣谁优，它们控制原理都是一样，只是硬件和软件平台不同。仪表控制多用于单纯、独立的采集信号和调节控制回路，对于小系统，成本低，方便实用。但对于中，大规模系统，成本就很高，PLC的输入输出模块优势就体现出来。PLC可实现全体控制，系统控制用软件来实现，仪表控制只能用在独立回路，要实现全局控制，还需要PLC来协调和全程控制。

图7PLC1200模块配置原理图

Fig.7  PLC1200 module configuration schematic

火电厂输煤区域沉淀池较多，再加上煤复水等处理池较多，电厂输煤系统本身就用PLC或DCS控制。将超声波液位计信号，接入PLC（或DCS）进行自动控制液位是最佳选择。

5现场常见故障诊断

（1）检查接线是否正确，检查二线是否有24V电压，有否有（4－20mA）电流信号。

（2）探头表面是否有冷凝水或探头脏，造成测量误差。

（3）检查液面是否有杂物或泡沫。

（4）安装是否合理，可以参照本篇第三部分进行检查处理。

6结束语

在开口的液体池，清澈、腐蚀及浑浊的液体测量里，使用超声波液位计是最佳的选择，超声波液位计具有安装容易、灵活性高，使用方便，维护简单，价格便宜等特点，同样情况使用的雷达液位计价格是它的五倍左右。如何使用好超声波液位计，正确的安装最为重要。

随着现在国家对环保的提高，我们在搞好生产的同时一定要加强对环境的保护，避免平时或汛期污水外溢对河流造成污染，给我们厂带来行政处罚，只有加强设备巡查，技术创新，让设备健康运行，才能保证安全、环保生产。

参考文献：

[1] 成俊.超声波液位计在冷却水塔中的应用[J].电工技术.2018.

[2] 韩平.超声波液位计在液位测量中的应用[J].中国仪器仪表.2011. 

作者简介：

余宏(1972.06-)，男，本科，主要从事电力生产。