背景

具有170多年歷史的法國Lafarge(拉法基)公司是目前世界上最大的水泥生產(chǎn)廠商。自1994年以來，拉法基致力于發(fā)展與中國的合作伙伴關(guān)系，不斷地加大在中國的投資，并在中國水泥行業(yè)取得巨大的發(fā)展。2005年8月，與中國西南地區(qū)最大的水泥生產(chǎn)企業(yè)瑞安建業(yè)正式宣布合并雙方在中國的水泥業(yè)務(wù)，使作為外資企業(yè)的拉法基瑞安將一舉進(jìn)入國內(nèi)水泥行業(yè)產(chǎn)能三強(qiáng)。

作為拉法基在中國投資最大的干法水泥生產(chǎn)廠——都江堰拉法基水泥廠，于2002年2月正式投產(chǎn)，設(shè)計產(chǎn)量為年產(chǎn)140萬噸水泥。都江堰拉法基水泥公司投產(chǎn)初期就依靠先進(jìn)的生產(chǎn)工藝、高效地生產(chǎn)效率和穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，成功進(jìn)入成都市場。
   

 

圖一、都江堰拉法基水泥有限公司

挑戰(zhàn)

對于拉法基而言，如何選擇可靠高效的自動化控制系統(tǒng)及儀表設(shè)備是提高產(chǎn)品的競爭力的重要內(nèi)容。在水泥廠中，對各種不同的物料倉的連續(xù)物位測量對于提高和穩(wěn)定整個生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和安全環(huán)保起著至關(guān)重要的作用。

拉法基曾嘗試過各種不同的物位測量技術(shù)以解決這一難題，但是都沒有得到令人滿意的效果，尤其是在石灰石庫、熟料庫、均化庫、成品水泥庫等位置，其粉塵極大的特點使很多公司的物位產(chǎn)品都望而生畏。

在使用過重錘式物位計、電容式物位計、導(dǎo)波式雷達(dá)物位計等接觸式物位測量方式后，發(fā)現(xiàn)這些在使用除了測量效果不是很理想外，還存在著鋼纜可能被拉斷以及鋼纜被塊狀物料磨斷而影響生產(chǎn)的危險性，因此已經(jīng)基本上已經(jīng)放棄了這種接觸式物位測量方式的選擇
    超聲波物位計雖然是一種非接觸式的物位儀表，在很多領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。但是在成品水泥廠的實際使用中發(fā)現(xiàn)：它很容易受到粉塵的影響。在停止加料的情況下，超聲波能夠在20m的測量范圍內(nèi)得到測量信號；但是在量程較大（料位較低時）和粉塵嚴(yán)重（連續(xù)進(jìn)料和放料）時，基本上處于失波狀態(tài)而無法正常工作。

拉法基一直在尋找一種能夠使整個生產(chǎn)線達(dá)到完全自動化的可靠的物位測量方式，使工作人員能從危險有害的工作環(huán)境解脫出來，以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

 

 

 

解決方案

為了選擇合適的可靠的物位測量儀表，都江堰拉法基大量咨詢了拉法基其他工廠的意見。位于美國密歇根州的Alpena水泥生產(chǎn)廠是北美最大的水泥廠，年產(chǎn)水泥270萬噸，他們的使用經(jīng)驗給了我們很大的幫助。據(jù)介紹，該廠原來也存在著與我們同樣的問題。2001年7月試用了西門子公司當(dāng)時的新產(chǎn)品Sitrans LR400后，在熟料庫、均化庫、成品水泥庫等測量工況取得了非常好的效果。

經(jīng)過慎重地比較后，在眾多國際優(yōu)秀的儀表供應(yīng)商提供的解決方案中，都江堰拉法基最終采用了西門子公司的提供Sitrans LR400產(chǎn)品作為連續(xù)物位測量解決方案, 西門子公司也給都江堰拉法基提供了很大支持。Sitrans LR400料位計在都江堰拉法基的使用非常成功.

Sitrans LR400是一款24GHz高頻，采用連續(xù)調(diào)頻工作方式的微波雷達(dá)物位計，最大量程可達(dá)45米，可以完全滿足水泥廠中各種不同高度的倉的要求。

除此之外，它還有以下特點：

u  能夠穿透嚴(yán)重的粉塵的影響，即使在用于諸如熟料、成品水泥、面粉、飛灰等介質(zhì)的測量應(yīng)用中，也能得到可靠、穩(wěn)定、準(zhǔn)確地物位測量。

u  繼承了西門子妙聲力50多年的物位制造經(jīng)驗而成得先進(jìn)的回波處理技術(shù)——聲智能技術(shù)，能夠在各種苛刻的條件下將真假回波信號區(qū)分開來，從而保證物位測量的可靠性。

u  采用較長的喇叭口設(shè)計，既方便了現(xiàn)場安裝的需要，又能夠得到較小的微波發(fā)射角度，有利于增強(qiáng)回波信號的強(qiáng)度和避開微波雷達(dá)物位計發(fā)射范圍內(nèi)的干擾信號。

u  獨(dú)特的固體型算法。它經(jīng)過了西門子公司多年的研究和現(xiàn)場反復(fù)實驗，從而使它能夠在水泥等行業(yè)的各個粉塵極大的固體物位測量應(yīng)用中，始終保持著出類拔萃的表現(xiàn)。

u  堅固的鋁制外殼設(shè)計。能夠滿足各種惡劣的使用工況。

圖二：Sitrans LR400固體型雷達(dá)物位計

 

西門子在2005年2月，新推出的固體型LR400在原有的基礎(chǔ)針對固體物位測量的特點，做了很多改進(jìn)。比如：將瞄準(zhǔn)器作為微波雷達(dá)物位計的標(biāo)準(zhǔn)配置，提高了儀表的性能同時不增加任何費(fèi)用；喇叭口可以根據(jù)客戶的實際需要加長；量程升級至50米等。

   

 

圖三：在嚴(yán)重粉塵工況下的回波信號圖

使用效果

    在3年多的使用過程中，Sitrans LR400始終工作穩(wěn)定可靠，完全解決了在嚴(yán)重粉塵工況中的連續(xù)物位測量的難題。在熟料庫、均化庫等測量應(yīng)用，在連續(xù)加料放料的情況，通過西門子提供的軟件讀取回波圖形發(fā)現(xiàn)，回波信號基本沒有受到粉塵的影響，依然非常強(qiáng)烈。

Sitrnas LR400可靠的性能使都江堰拉法基在各個重要的料倉的物位控制系統(tǒng)實現(xiàn)完全地自動化，不再需要工人每天到各個工況惡劣的料倉上用投尺來檢測料位，也不必?fù)?dān)心類似接觸式物位計拉斷鋼纜的風(fēng)險，即提高了物位測量的可靠性和準(zhǔn)確性，又大大節(jié)省了生產(chǎn)成本，而且還提高了生產(chǎn)的
安全性。另外，LR400的設(shè)計使用壽命為10年，這一設(shè)計特點也使水泥廠的投資成本達(dá)到最大化。

    由于Sitrans LR400近幾年在拉法基各水泥廠的成功應(yīng)用，已經(jīng)成為拉法基公司的推薦產(chǎn)品。

 

經(jīng)驗總結(jié)

	LR400	脈沖雷達(dá)	投尺	超聲波	重錘	導(dǎo)波雷達(dá)	電容式	γ射線
測量方式	微波，非接觸，連續(xù)	微波，非接觸式，連續(xù)	人工，非連續(xù)	機(jī)械波，非接觸式，連續(xù)	機(jī)械式，接觸式，非連續(xù)	微波，接觸式，連續(xù)	接觸式，連續(xù)	核能，非接觸，連續(xù)
準(zhǔn)確性	高	一般	差	一般	一般	高	一般	一般
量程	大，50米	一般為30米，30米以上用拋物面天線	不超過30米	30米（粉塵較小時）	一般不超過30米	最大35米	最大35米	小
粉塵影響	基本不受影響	粉塵大時有影響，回波信號較微弱	無	影響很大	無	影響較大，并在掛料的情況工作失常	有影響	無
安裝要求	較低	一般，拋物面天線安裝要求較高	無	較低	較高	較高，經(jīng)常會斷纜	較高，經(jīng)常會斷纜	非常高，對人體有危害
價格	一般	一般	低	較低	較高	較低	低	高
使用壽命	10年設(shè)計使用壽命	一般	一般	較短，無法適應(yīng)高溫高壓工況	短，如使用不當(dāng)，經(jīng)常埋錘	短，掛料時需經(jīng)常維護(hù)；經(jīng)常斷纜	一般，需現(xiàn)場調(diào)試；經(jīng)常維護(hù)	一般為5~7年，根據(jù)放射源
使用效果	極佳，幾乎是用于水泥廠任何工況，拉法基推薦產(chǎn)品	一般，粉塵大時，信號不太可靠	可靠	可用于原料、石膏等非重粉塵工況	信號比較可靠，但基本已被棄用	一般，逐漸趨于被淘汰	不理想，一般作為物位開關(guān)用	可靠，但用的極少

表一：在水泥行業(yè)使用的各種物位測量技術(shù)比較

在使用SITRANS LR400的過程中，我們發(fā)現(xiàn)有兩點需要特別注意，否則可能會帶來意外的影響。

1、 

圖四：粘結(jié)在喇叭口上的泥塊，清除泥塊后恢復(fù)正常工作

防塵處理。
故障現(xiàn)象：雖然微波能夠穿透粉塵的影響，但是在一些粉塵極端嚴(yán)重的情況下，揚(yáng)起的粉塵可能會粘附到雷達(dá)波發(fā)射電極上，而導(dǎo)致發(fā)射信號的衰減，甚至完全丟失。有時候，揚(yáng)起的粉塵非常潮濕，甚至?xí)谖⒉ɡ走_(dá)物位計的喇叭口上結(jié)成泥塊（如圖四）。一般的情況，只需清除了喇叭口內(nèi)的粉塵和泥塊，就可以恢復(fù)儀表的正常使用。

 

 

 

 

 

圖五：自制的防塵罩

 

解決方案：
A、防塵罩。在大多數(shù)情況下，只需要在Sitrans LR400雷達(dá)物位計喇叭口上安裝一個PTFE的防塵罩，即可解決此類問題。在常溫的情況下，只需可選擇普通的塑料薄罩在喇叭口也可以達(dá)到同樣的效果（如圖五）。

B、吹掃系統(tǒng)。在粉塵叫潮濕的情況下，即使使用了防塵罩，但還是會有泥塊粘結(jié)在防塵罩，定期地更換防塵罩會增加員工的工作量和降低生產(chǎn)效率。選擇了西門子LR400的特殊選項——吹掃裝置后，可以將壓縮定時或連續(xù)地吹到喇叭口內(nèi)，防止粉塵和濕氣的侵入。

 

圖六：固定干擾引起的虛假回波

2、 

安裝位置。
故障現(xiàn)象：避免安裝在靠近進(jìn)料口、倉壁以及橫梁等位置，以防止由于意外的干擾引起故障。在水泥廠有一個倉的使用中，發(fā)現(xiàn)物位測量儀表的指示總是固定在某個數(shù)值上。西門子工程師到了現(xiàn)場以后，使用調(diào)試軟件讀取回波圖形發(fā)現(xiàn)在正常的回波前面有一個較強(qiáng)的虛假回波（如圖六）?；貋硗ㄟ^現(xiàn)場的查看發(fā)現(xiàn)，這臺表由于安裝位置選擇合理，是倉壁的一根金屬橫梁被儀表“檢測”到而導(dǎo)致這一故障。
解決方案：
A、更換至合理的安裝位置。

B、選用帶瞄準(zhǔn)器的固體性LR400。只需稍微調(diào)整瞄準(zhǔn)器的角度，可以將固定干擾的回波強(qiáng)度降到最小。

C、利用先進(jìn)的回波處理軟件將固定干擾消除掉。但一般如果干擾回波較強(qiáng)，或者固定干擾位置在測量范圍“中心”時，采取固定干擾回波抑制的方式可能會帶來“副作用”，而產(chǎn)生較大的測量“盲區(qū)”。在如前的故障中，由于干擾發(fā)生的位置較高，因此采用回波處理軟件技術(shù)“切除”這一干擾。故障消除后使用至今，一直工作穩(wěn)定可靠，充分體現(xiàn)了Sitrans LR400出色的回波處理能力。

D.露天安裝應(yīng)注意安裝法蘭處的密封.