导波雷达型料位计测量粉状物料的断缆现象

1．生料均化库内的断缆现象

　　新型干法水泥厂的均化库、水泥库、煤粉仓、原料和水泥调配站常用的粉煤灰库的料位测量，因被测介质均是细粉状，粉料通过空气斜槽入库，有的则是用气动方式送入料仓，物料轻，空气中粉尘很大，物料表面也较软，故细粉的物位测量一直是测量中的难题。实践应用证明，采用雷达型料位计效果较好，微波可穿透粉尘很大空间，并在料面上反射。目前在我国新型干法水泥厂用的雷达型料位计有两种，脉冲型雷达（PULSE）和调频连续波雷达（FMCW）。
有许多水泥厂还采用导波雷达型料位计（TDR），它是以钢缆作为天线，伸入料仓中直至底步，微波脉冲沿外侧向下传播，因此空气中的粉尘对传播无影响，在空气和粉料交界面上微波脉冲被反射。由于传播损耗小，发射能量可较小，价格也比其他形式的雷达型料位计便宜。当今在水泥厂主要应用的产品有VEGA的FLEX60系列、E+H的FMP系列。但导波缆式雷达料位计由于其天线伸入容器中并和粉料接触，失去了非接触的特点，天线也即上缆绳（一般是钢丝缆绳）容易被磨损，甚至被拉断。多家用户在现场应用的信息反馈中都遇到了此问题，特别在均化库的测量中问题更加突出。本文将分析断缆现象，并提出大型均化库（直径在16米及以上）料位测量的方案。

2．均化库内出现断缆现象分析
2.1 生料均化库的结构特点
  生料均化库是新型干法水泥企业中赖以保证生产的主要环节，也是生料均化系统中任务最重的环节，并是生料入窑系统的一部分。根据不同的均化机理。各设计院开发了多种型式的均化库，如天津水泥设计院开发的TP库其结构特点是库底中心有一个大圆锥，库壁和圆锥之间的环形区划分六个充气区,由六个流量控制阀控制卸料量。在同一时间内至少有两个卸料口开放。每个卸料口在卸料过程中都形成漏斗状料柱，切割料层，产生重力混合均化作用，根据规模不同，库的直径和高度不一，如天津水泥设计院设计的5000t/d规模的水泥厂，其均化库直径为φ22.5m，高52m；而2500t/d规模的水泥厂，其均化库直径为φ18m，高45m。目前常用于测量粉状固体介质的是VEGA公司的导波缆式雷达料位计，它有两种：FLEX61和FLEX62，FLEX61测量范围为1m~32m, 使用钢缆的直径是φ4mm,并带重锤；FLEX62测量范围为1m~60m, 使用钢缆的直径是φ6mm,并带重锤。
2.2 均化库内出现断缆现象分析
2.2.1 钢缆最大拉力的限制
  相关数据表明，FLEX61最大拉力是5kN, FLEX62最大拉力是30kN, 缆式料位计在测量水泥等介质时，钢缆受的拉力取决于被测物料的特性、库（仓）的结构、直径和测量量程。测量水泥时钢缆受的拉力要比测塑料颗粒和粮食大得多，均化库的内部结构复杂、直径大和测量量程大，则所受的拉力越大，图1 为FLEX62在罐壁光滑的金属容器内测得的水泥拉力曲线，图中三条曲线分别对应直径为φ12m，φ9m，φ6m的库。由图可见如测量量程为35m，直径为φ12m的钢板库，钢缆受的拉力为24kN。上述5000t/d规模的水泥厂，其均化库直径为φ22.5m，高52m；而2500t/d规模的水泥厂，其均化库直径为φ18m，高45m，如采用FLEX62缆式料位计，安装位置又不合理，极其可能钢缆所受的拉力超过30kN，从而会造成断缆现象。
2.2.2 库内部结构影响钢缆受力分析
大型水泥厂的均化库为达到均化的目的和作为生料入窑的中间和计量小仓的作用，内部结构还是较复杂的，有空气斜槽组成的星形进料口，从六个或七个方向同时进料，库内通过环形充气阀向库内分区充气,它对入库的生料产生重力混合均化作用，因钢缆伸入料仓，被均化的生料将对作为天线的钢缆有一侧面负载，每种形式的缆式料位计有一侧面负载的最大值。库的直径越大，钢缆越长，则侧向负载会越大，超过极限也会断缆。
在均化库底中心一个大圆锥下还装有生料入窑系统的计量钢板小仓，直径为φ22.5m的均化库，其小仓的直径为φ6.5m，高6m。库内同时有两个卸料口工作，向该小仓进料，为达到通畅卸料的目的，卸料口处必须充气，卸料过程中形成漏斗状料柱，在进入卸料口处会有一收缩，在此处也会产生相应负压，如钢缆安装在卸料口附近，该负压实际上加大了钢缆承受的拉力，钢缆越长，拉力也会更大。
均化库的堆积角约为320，并随卸料的速度变化也在变化，由此产生的动态垂直方向的拉力也将动态变化；生料库进料时温度约600C，卸料速度较快，温度急剧下降，引起钢缆的热涨和冷缩也会使拉力动态变化，由于卸料和出料过程在库内连续不断进行，拉力动态变化几率较大，它将加速缆绳的老化。长期老化将使钢缆能经受的最大拉力减小，断缆的几率增大。
2.2.3 均化库的料位测量
综上所述，大型水泥厂的均化库的料位测量，笔者建议不采用导波缆式雷达料位计，最好采用装有喇叭天线和法蓝的雷达料位计，量程尽量选大，如VEGAPULS-68，它是脉冲型，最大量程可达60m，全设计为二线制回路供电，安装简单、调试容易，平时可免维护，能满足各种类型水泥厂的要求，江浙一些水泥厂使用反馈的信息表明，用VEGAPULS-68雷达料位计在均化库测定的回波曲线非常理想，精度、分辨率和时间响应完全能满足工艺的要求。
2．水泥库的断缆现象
  相对均化库而言，用导波缆式料位计测水泥库的料位，断缆的几率较小，一是水泥库的直径和高度相对要小，如5000t/d规模的水泥厂，通常用直径为φ15m，高为40m的库，卸料口一般在5.6m处，故量程最大也就是35m左右。而且水泥库的工况比较简单，卸料和出料的速度较慢，水泥库一般有存储期，故不会同时卸料和出料，内部受力比较稳定。主要是进料堆积有一休止角，约为300 ，在堆积时形成的动态侧向力，另外水泥库进料时温度约1000C，也有热涨和冷缩，但有存储期，拉力动态变化较慢，不会加速缆绳的老化，故引起的拉力动态变化较小，断缆的几率就小。
水泥库的料位测量可采用导波缆式雷达料位计，但要根据水泥库的结构，正确设定量程，必须合理选择安装位置，远离中心点和卸料口，尽量对准堆积休止角的中间位置，同时要注意维护和观察，确保钢缆的正常使用。设计、安装、使用合理，则选用导波缆式料位计是一种性能价格比较好的方案。
3.结论
导波缆式料位计由于传播损耗小，发射能量可较小，可二线制回路供电，价格也较便宜，可用于测量粉状物料，如水泥、生料、粉煤灰、煤粉等，但是由于储存库的结构、形式不同，在选用时要考虑综合因素，否则在使用过程中会出现一些问题，如断揽等，使料位计失灵、失准，对正常生产和测量造成不利的影响。 

mm缆拉力（kN）      水泥
 缆长（m）
图1 FLEX62在金属容器内测得的水泥拉力曲线