造纸行业中的物位测量

造纸行业中的物位测量随着自动化控制技术的不断发展,世界制浆造纸工业的自动化水平在不断提高,其中压力,流量,物位及成分分析仪表起着主要的检测作用。随着工艺要求的提高,物位作为一个重要的过程参数正日益引起大家的关注。在工业生产中,物位测量是比较困难的,但实现物位的监测及计算机管理,获得准确可靠的物理测量信息是十分重要的,因此本文针对制浆造纸工程设计中物位仪表的选型进行探讨。1物位测量仪表概述物位测量仪表的种类很多,常用的有直读式液位计、差压式物位仪表、浮力式液位计、电容式物位仪表、声波式物位仪表和核辐射物位仪表。此外,还有电触点式、翻板式和机械叶轮探测式等物位测量仪表。正因为物位测量仪表品种多,同类仪表适用范围广,不同类型仪表常可适用于同一场合,并且同类品种因制造技术不同,其性能和结构也各有差异。因此在制浆造纸工程设计选型中,应深入了解工艺条件、被测介质的性质、测量控制系统的要求,根据各类仪表的技术性能、结构特点,以及性能价格比,综合考虑后选择适用的物位测量仪表。2物位测量仪表选型对于制浆造纸行业中最常见的低浓度的纸浆浆池、清水池、密封水池、白水池的液位测量选用的是静压式物位测量仪表。应用静压原理测量物位在工业生产中是比较广泛的,不但可以准确测量、提高精确度,并可比较容易地实现远传和控制。测量压力可用差压变送器等,但因为纸浆或白水中含悬浮物液体,易结垢,宜选用平法兰式差压仪表。制浆造纸行业脱墨生产线的发展越来越快,但因其工艺条件要求,一些地点物位测量较特殊也较困难,使TOF物位测量技术得到广泛的应用。TOF(TimeofFlight行程时间或传播时间)测量原理,又称回波测距原理。是非接触测距的一种方法,当前广泛应用于物位测量中。其原理是:安装在料仓顶部的探头向仓内发射能量波,当能量波传播到被测物料面上时,在物料面上反射并返回到探头上被接收。波的来回传播时间就是距离的量度,并可以据之计算物位。可以利用的能量波有机械波(声或超声波),电磁波(通常为K波段或X波段的微波),光波(通常为红外波段的激光)。相应的物位计称为:超声物位计、微波物位计及激光物位计。其中利用超声来测量物位技术发展已很成熟,液体、浆体、固态物料都能应用,已成为物位测量应用中的一种重要手段。超声波一般指频率高于20kHz的声波,用来实现发射和接收声波的超声波换能器是一种电-声换能器,它根据压电效应和逆压电效应的原理来实现电能和超声能的相互转换。超声波传感器在微机控制下,发射和接收超声波,并由超声波的传播t来计算超声传感器距被测物位的hb,在超声波传播速度C已知的情况下,可根据hb=ct/2计算出hb。因超声传感器距离渠底的高度h为定值,故可计算出物位高度ha=h-hb。超声波是一种理想的非接触测量物位的方法,适应性很强,不但可以在比较好的条件下使用,而且可以在黏度大的液位测量和一些颗粒或粉末状料位测量中使用。超声波物位计有多种型号及规格,可根据实际情况来合理选用。通过多年的探讨和研究,经过多次试验和长期使用,超声波物位测量在我公司取得良好效果。在脱墨生产线中化学品物位的测量如皂钠贮槽液位、Na2SiO3贮槽液位、CaCl2贮槽液位、EDTA贮槽液位、DAF絮凝剂贮槽液和DAF凝结剂贮槽液位都选用了超声物位计。贮浆塔液位和漂白塔液位,因为其纸浆浓度较高,存在高温、带搅拌等复杂工况,宜选用微波式测量仪表。雷达波是一种特殊形式的电磁波,雷达料位计利用了电磁波的特殊性能来进行物位检测。电磁波的物理特性与可见光相似,传播速度相当于光速。其频率为300MHz-3000GHz。电磁波可以穿透空间蒸汽、粉尘等干扰源,遇到障碍物易于被反射,被测介质导电性越好或介电常数越大,回波信号的反射效果越好。雷达物位计它主要由发射和接收装置、信号处理器、天线、操作面板、显示、故障报警等几部分组成。发射-反射-接收是雷达式物位计工作的基本原理。雷达传感器的天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收,雷达脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离以及物位成比例。即:h=H-vt/2。式中h为物位;H为槽高;v为雷达波速度;t为雷达波发射到接收的间隔时间。微波物位计按结构可分为以下二类。(1)天线式(非接触式)。微波通过天线发射与接收,为非接触测量模式。(2)导波式(TDR时域反射原理)。这种结构采用接触式的测量方法,微波物位计带有金属棒或柔性缆的导波杆,安装时从罐顶直达罐底,工作时,微波通过导波杆外侧向下传播,在碰到物料面时由于介电常数εr与空气不同,就会产生反射,并被接收,根据波的行程时间即可测出物位。故贮浆塔液位选用的是天线式(非接触式)。对于漂白塔液位,因塔内有蒸汽,且有搅拌器,解决这种问题的办法是将雷达物位计改为导波管式测量,避免了搅拌器涡流的干扰及大量蒸汽从探头处冒出,减少了对探头的损害,同时由于导波管聚焦效果好,接收的雷达波信号更强,取得了很好的测量效果。对于脱墨工段中的中浓立管液位,因其纸浆浓度很高,用法兰式差压液位变送器已不能测量。且因设备条件的限制,也不能使用微波式测量仪表。宜选用电容式液位计。该液位计检测原理为电容转换式。电容原理:彼此平行,相隔很近,相互绝缘的两个平行极板,构成一个电容,该电容器的电容量随液位变化而变化,与液位变化相对应的电容量的变化经变送电路转换为标准电流信号,输出至二次表即可显示出相应的液位高度。基本计算公式△C=(0.885·ε·△S)/d在上述公式中,0.885为计算常数,ε被测介质介电常数,△S深入介质表面积,d两极距离。在上述公式中,不变量忽略不计,转换公式可简化为△C=△S=△C=ΠR=△C=△H即引起变化量的只有△H,即液位上下变化,变化量与温度压力无关。对于高温、高压、高粘度、强腐蚀、易爆、有毒介质液面的非接触式连续测量和位式测量,在使用其它液位仪表难以满足测量要求时,可选用核辐射式仪表。我公司木片磨木浆车间生产线中预汽蒸仓的物位和立式预热器的物位,因为其测量的木片的物位,且其中为高温、高压环境,故选用了核辐射液位计,它是通过放射源发出射线,穿过被测物料后由探测器接收。当物位改变时,由于被测物料的吸收剂量改变,而使探测器接受到的辐射强度改变,再转换为电信号的变化,经放大后送给显示仪表连续显示物位。核辐射物位仪表的特点是:射线能穿透很厚的壁以实现不接触测量,因而可用于高压、高温和有毒的密封容器的液位或物位测量,且不受周围电磁场、烟气和灰尘等影响,但此类仪表成本高,使用维护不方便,射线对人体危害性大。使用时须注意保护。辐射源的种类应根据测量要求和被测对象的特点,如被测介质的密度、容器的几何形状、材质及壁厚等因素进行选择。当射源强度要求较小时,可选用镭(Ra);当射源强度要求较大时,可选用铯137(Csl37);用于厚壁容器要求穿透能力强时,可选用钻60(Co60)。我们选用了铯137(Csl37)。