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作者:張衛(wèi)民    單位:天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院

        摘要:導(dǎo)波雷達(dá)型料位計(jì)以鋼纜作為天線，由于傳播損耗小，可用于粉狀物料測量，但是由于儲存庫的結(jié)構(gòu)、形式不同，在使用過程中會(huì)出現(xiàn)一些問題，如斷纜等，本文分析水泥廠測量時(shí)斷纜的原因，提出不同形式的儲存庫的測量方案。

        1．生料均化庫內(nèi)的斷纜現(xiàn)象

　　新型干法水泥廠的均化庫、水泥庫、煤粉倉、原料和水泥調(diào)配站常用的粉煤灰?guī)斓牧衔粶y量，因被測介質(zhì)均是細(xì)粉狀，粉料通過空氣斜槽入庫，有的則是用氣動(dòng)方式送入料倉，物料輕，空氣中粉塵很大，物料表面也較軟，故細(xì)粉的物位測量一直是測量中的難題。實(shí)踐應(yīng)用證明，采用雷達(dá)型料位計(jì)效果較好，微波可穿透粉塵很大空間，并在料面上反射。目前在我國新型干法水泥廠用的雷達(dá)型料位計(jì)有兩種，脈沖型雷達(dá)（PULSE）和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)（FMCW）。

        有許多水泥廠還采用導(dǎo)波雷達(dá)型料位計(jì)（TDR），它是以鋼纜作為天線，伸入料倉中直至底步，微波脈沖沿外側(cè)向下傳播，因此空氣中的粉塵對傳播無影響，在空氣和粉料交界面上微波脈沖被反射。由于傳播損耗小，發(fā)射能量可較小，價(jià)格也比其他形式的雷達(dá)型料位計(jì)便宜。當(dāng)今在水泥廠主要應(yīng)用的產(chǎn)品有VEGA的FLEX60系列、E+H的FMP系列。但導(dǎo)波纜式雷達(dá)料位計(jì)由于其天線伸入容器中并和粉料接觸，失去了非接觸的特點(diǎn)，天線也即上纜繩（一般是鋼絲纜繩）容易被磨損，甚至被拉斷。多家用戶在現(xiàn)場應(yīng)用的信息反饋中都遇到了此問題，特別在均化庫的測量中問題更加突出。本文將分析斷纜現(xiàn)象，并提出大型均化庫（直徑在16米及以上）料位測量的方案。

        2．均化庫內(nèi)出現(xiàn)斷纜現(xiàn)象分析
        
        2.1 生料均化庫的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        生料均化庫是新型干法水泥企業(yè)中賴以保證生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，也是生料均化系統(tǒng)中任務(wù)zui重的環(huán)節(jié)，并是生料入窯系統(tǒng)的一部分。根據(jù)不同的均化機(jī)理。各設(shè)計(jì)院開發(fā)了多種型式的均化庫，如天津水泥設(shè)計(jì)院開發(fā)的TP庫其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是庫底中心有一個(gè)大圓錐，庫壁和圓錐之間的環(huán)形區(qū)劃分六個(gè)充氣區(qū),由六個(gè)流量控制閥控制卸料量。在同一時(shí)間內(nèi)至少有兩個(gè)卸料口開放。每個(gè)卸料口在卸料過程中都形成漏斗狀料柱，切割料層，產(chǎn)生重力混合均化作用，根據(jù)規(guī)模不同，庫的直徑和高度不一，如天津水泥設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的5000t/d規(guī)模的水泥廠，其均化庫直徑為φ22.5m，高52m；而2500t/d規(guī)模的水泥廠，其均化庫直徑為φ18m，高45m。目前常用于測量粉狀固體介質(zhì)的是VEGA公司的導(dǎo)波纜式雷達(dá)料位計(jì)，它有兩種：FLEX61和FLEX62，F(xiàn)LEX61測量范圍為1m~32m, 使用鋼纜的直徑是φ4mm,并帶重錘；FLEX62測量范圍為1m~60m, 使用鋼纜的直徑是φ6mm,并帶重錘。

        2.2 均化庫內(nèi)出現(xiàn)斷纜現(xiàn)象分析

        2.2.1 鋼纜zui大拉力的限制

        相關(guān)數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)LEX61zui大拉力是5kN, FLEX62zui大拉力是30kN, 纜式料位計(jì)在測量水泥等介質(zhì)時(shí)，鋼纜受的拉力取決于被測物料的特性、庫（倉）的結(jié)構(gòu)、直徑和測量量程。測量水泥時(shí)鋼纜受的拉力要比測塑料顆粒和糧食大得多，均化庫的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、直徑大和測量量程大，則所受的拉力越大，圖1 為FLEX62在罐壁光滑的金屬容器內(nèi)測得的水泥拉力曲線，圖中三條曲線分別對應(yīng)直徑為φ12m，φ9m，φ6m的庫。由圖可見如測量量程為35m，直徑為φ12m的鋼板庫，鋼纜受的拉力為24kN。上述5000t/d規(guī)模的水泥廠，其均化庫直徑為φ22.5m，高52m；而2500t/d規(guī)模的水泥廠，其均化庫直徑為φ18m，高45m，如采用FLEX62纜式料位計(jì)，安裝位置又不合理，極其可能鋼纜所受的拉力超過30kN，從而會(huì)造成斷纜現(xiàn)象。

        2.2.2 庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響鋼纜受力分析

        大型水泥廠的均化庫為達(dá)到均化的目的和作為生料入窯的中間和計(jì)量小倉的作用，內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是較復(fù)雜的，有空氣斜槽組成的星形進(jìn)料口，從六個(gè)或七個(gè)方向同時(shí)進(jìn)料，庫內(nèi)通過環(huán)形充氣閥向庫內(nèi)分區(qū)充氣,它對入庫的生料產(chǎn)生重力混合均化作用，因鋼纜伸入料倉，被均化的生料將對作為天線的鋼纜有一側(cè)面負(fù)載，每種形式的纜式料位計(jì)有一側(cè)面負(fù)載的zui大值。庫的直徑越大，鋼纜越長，則側(cè)向負(fù)載會(huì)越大，超過極限也會(huì)斷纜。

        在均化庫底中心一個(gè)大圓錐下還裝有生料入窯系統(tǒng)的計(jì)量鋼板小倉，直徑為φ22.5m的均化庫，其小倉的直徑為φ6.5m，高6m。庫內(nèi)同時(shí)有兩個(gè)卸料口工作，向該小倉進(jìn)料，為達(dá)到通暢卸料的目的，卸料口處必須充氣，卸料過程中形成漏斗狀料柱，在進(jìn)入卸料口處會(huì)有一收縮，在此處也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)負(fù)壓，如鋼纜安裝在卸料口附近，該負(fù)壓實(shí)際上加大了鋼纜承受的拉力，鋼纜越長，拉力也會(huì)更大。

        均化庫的堆積角約為320，并隨卸料的速度變化也在變化，由此產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)垂直方向的拉力也將動(dòng)態(tài)變化；生料庫進(jìn)料時(shí)溫度約600C，卸料速度較快，溫度急劇下降，引起鋼纜的熱漲和冷縮也會(huì)使拉力動(dòng)態(tài)變化，由于卸料和出料過程在庫內(nèi)連續(xù)不斷進(jìn)行，拉力動(dòng)態(tài)變化幾率較大，它將加速纜繩的老化。長期老化將使鋼纜能經(jīng)受的zui大拉力減小，斷纜的幾率增大。

        2.2.3 均化庫的料位測量

        綜上所述，大型水泥廠的均化庫的料位測量，筆者建議不采用導(dǎo)波纜式雷達(dá)料位計(jì)，采用裝有喇叭天線和法藍(lán)的雷達(dá)料位計(jì)，量程盡量選大，如VEGAPULS-68，它是脈沖型，zui大量程可達(dá)60m，全設(shè)計(jì)為二線制回路供電，安裝簡單、調(diào)試容易，平時(shí)可免維護(hù)，能滿足各種類型水泥廠的要求，江浙一些水泥廠使用反饋的信息表明，用VEGAPULS-68雷達(dá)料位計(jì)在均化庫測定的回波曲線非常理想，精度、分辨率和時(shí)間響應(yīng)完滿足工藝的要求。

        2．3水泥庫的斷纜現(xiàn)象 

        相對均化庫而言，用導(dǎo)波纜式料位計(jì)測水泥庫的料位，斷纜的幾率較小，一是水泥庫的直徑和高度相對要小，如5000t/d規(guī)模的水泥廠，通常用直徑為φ15m，高為40m的庫，卸料口一般在5.6m處，故量程zui大也就是35m左右。而且水泥庫的工況比較簡單，卸料和出料的速度較慢，水泥庫一般有存儲期，故不會(huì)同時(shí)卸料和出料，內(nèi)部受力比較穩(wěn)定。主要是進(jìn)料堆積有一休止角，約為300 ，在堆積時(shí)形成的動(dòng)態(tài)側(cè)向力，另外水泥庫進(jìn)料時(shí)溫度約1000C，也有熱漲和冷縮，但有存儲期，拉力動(dòng)態(tài)變化較慢，不會(huì)加速纜繩的老化，故引起的拉力動(dòng)態(tài)變化較小，斷纜的幾率就小。

        水泥庫的料位測量可采用導(dǎo)波纜式雷達(dá)料位計(jì)，但要根據(jù)水泥庫的結(jié)構(gòu)，正確設(shè)定量程，必須合理選擇安裝位置，遠(yuǎn)離中心點(diǎn)和卸料口，盡量對準(zhǔn)堆積休止角的中間位置，同時(shí)要注意維護(hù)和觀察，確保鋼纜的正常使用。設(shè)計(jì)、安裝、使用合理，則選用導(dǎo)波纜式料位計(jì)是一種性能價(jià)格比較好的方案。

        3.結(jié)論

        導(dǎo)波纜式料位計(jì)由于傳播損耗小，發(fā)射能量可較小，可二線制回路供電，價(jià)格也較便宜，可用于測量粉狀物料，如水泥、生料、粉煤灰、煤粉等，但是由于儲存庫的結(jié)構(gòu)、形式不同，在選用時(shí)要考慮綜合因素，否則在使用過程中會(huì)出現(xiàn)一些問題，如斷攬等，使料位計(jì)失靈、失準(zhǔn)，對正常生產(chǎn)和測量造成不利的影響。


圖1 FLEX62在金屬容器內(nèi)測得的水泥拉力曲線

（來源：中國水泥網(wǎng)）