ULT 在火電廠料位測(cè)量中的探討
時(shí)間：2008-08-15 16:00:33
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????? ULT 在火電廠料位測(cè)量中的探討
????? 1 引言所有以煤作為燃料的電廠都有一個(gè)灰料處理系統(tǒng)。在工藝上最難
處理的是那種飛灰料位的測(cè)量，即鍋爐燃燒后排出來(lái)的細(xì)小的灰塵，這種灰塵細(xì)
如滑石粉且是惰性材質(zhì)，而且也不易沉降，故許多產(chǎn)品技術(shù)在此應(yīng)用中均受到了
限制。這就給電廠灰倉(cāng)或庫(kù)料位的測(cè)量帶來(lái)了很大的困難。偶然間從國(guó)外的雜志
上看到美國(guó)GeorgiaPacific電力公司使用的美國(guó)索爾公司ULT 系列非接觸式超聲
波物位變送器成功地完成了煤灰的料位檢測(cè)。于是聯(lián)系到美國(guó)索爾公司中國(guó)代表
處并細(xì)心研讀了其資料，并經(jīng)過(guò)了多次的探討，同時(shí)也了解了此產(chǎn)品在中國(guó)一些
電廠使用的情況，這才有了本文的由來(lái)。2 煤灰倉(cāng)料位測(cè)量具體難點(diǎn)問(wèn)題在
這里還想引用GeorgiaPacific公司的實(shí)例作說(shuō)明。GeorgiaPacific電力公司是美
國(guó)最大的電力公司之一。在過(guò)去的幾年中，該公司灰料處理系統(tǒng)料位測(cè)量采用了
多種測(cè)量原理的料位儀表。1997年該公司使用射頻導(dǎo)納料位計(jì)，起初還可以勉強(qiáng)
測(cè)量，但到了1998年，測(cè)量誤差不斷增大，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)探頭嚴(yán)重磨損，無(wú)法再
滿足測(cè)量要求。隨后該公司嘗試了非接觸式的雷達(dá)料位計(jì)，但在試用過(guò)程中，雷
達(dá)接收到的反射信號(hào)相當(dāng)微弱，嚴(yán)重情況下幾乎接收不到反射信號(hào)。該公司連續(xù)
試用了幾家公司的雷達(dá)產(chǎn)品，效果均不理想。分析原因，是由于雷達(dá)的反射信號(hào)
受介質(zhì)介電常數(shù)的影響，而此處被測(cè)的飛灰其介電常數(shù)非常小，從而導(dǎo)致雷達(dá)不
能正常工作。
????? 非接觸式超聲波產(chǎn)品也是以前很多電廠的選擇，但由于在進(jìn)料過(guò)程中產(chǎn)生
的大量粉塵對(duì)發(fā)射出的超聲波有極強(qiáng)的散射作用，使大部分的超聲波在未到達(dá)被
測(cè)物位表面時(shí)，大部分聲波己被衰減，從而使反射回的回波微乎其微，無(wú)法確定
是真實(shí)的物位還是飛灰造成的漫反射。更嚴(yán)重時(shí)，則沒(méi)有回波信號(hào)。我們還在
有些電廠看到采用核技術(shù)來(lái)測(cè)量。但目前國(guó)電公司不太推薦核料位計(jì)的使用，主
要原因是現(xiàn)場(chǎng)操作工人由于擔(dān)心核的輻射，自安裝后很少維護(hù)其產(chǎn)品。3 ULT
非接觸式超聲波為解決測(cè)量困難的技術(shù)特性分析3.1 關(guān)于非接觸式超聲波的技術(shù)
原理，因?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的測(cè)量已有多年的歷史，己成為大家所熟知
的產(chǎn)品，在這里就不想詳細(xì)贅述其工作原理，主要想花更多的筆墨來(lái)談一談為什
么ULT 可以解決其他超聲波產(chǎn)品不能很好應(yīng)用的工況。3.2 ULT 區(qū)別與其他同
類產(chǎn)品的特性之一——高能量超聲波發(fā)射我們知道發(fā)射超聲波是利用壓電效應(yīng)原
理，即發(fā)射電脈沖作用于超聲波探頭內(nèi)的壓電晶體上，使之產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)射超聲波。
因此超聲波所具有的能量就與激勵(lì)電脈沖的大小有關(guān)。激勵(lì)的電脈沖越大，產(chǎn)生
的能量也就越強(qiáng)。ULT 加載在壓電晶體上的激勵(lì)電壓為800V，是其他同類產(chǎn)品的
十倍，可產(chǎn)生138dB 的聲能，相當(dāng)于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的聲能。雖然其
激勵(lì)電壓為800V，但由于產(chǎn)生的聲脈沖波只是在瞬間具有很低的電流，不會(huì)對(duì)人
身造成任何傷害。高能量的聲脈沖波確保了其不會(huì)受懸浮的粉塵對(duì)聲波吸附及散
射的影響而造成回波的丟失。同時(shí)也可解決對(duì)其他超聲波產(chǎn)品而言在固體料位進(jìn)
料和卸料的過(guò)程中所形成的錐形堆積面和瓶頸流需要加以輔助的安裝工具如萬(wàn)向
節(jié)才能完成的垂直于堆積面表面的安裝，而ULT 只需從罐倉(cāng)頂部豎直安裝即可，
而不需要其他的輔助安裝工具。3.3 ULT 區(qū)別與其他同類產(chǎn)品的特性之二——
低頻聲脈沖波發(fā)射（5Khz-30Khz）低頻聲脈沖波的波長(zhǎng)長(zhǎng)于高頻聲脈沖波，因此
在相等的傳播距離內(nèi)，低頻聲脈沖波會(huì)比高頻聲脈波遇到更少的媒介粒子的阻礙，
從而其所依賴的傳播媒介會(huì)對(duì)其有更少的衰減作用（見(jiàn)圖一）。這就意味著低頻
聲脈沖波比高頻聲脈沖波有更強(qiáng)的穿透能力。尤其是像粉煤倉(cāng)工況下，當(dāng)進(jìn)料時(shí)
會(huì)有大量的粉塵懸浮在倉(cāng)內(nèi)不容易沉降，低頻的優(yōu)勢(shì)也就更突顯出來(lái)，可以完成
80米的物位測(cè)量。這也解釋了為什么船上汽笛均采用低頻的原因。
????? 3.4 ULT 區(qū)別與其他同類產(chǎn)品的特性之——自動(dòng)的增益調(diào)節(jié)功能增益在這
里更通俗含義是指靈敏度。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)使用麥克風(fēng)講話時(shí)，為使周圍的聽(tīng)眾都
能聽(tīng)清楚講話人的聲音，則需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整控制麥克風(fēng)音量以及音質(zhì)的旋紐。這
就是所謂的對(duì)靈敏度的調(diào)節(jié)。應(yīng)用于ULT ，當(dāng)其靈敏度越強(qiáng)時(shí)，收到的回波也就
越強(qiáng)。ULT 是通過(guò)如圖二的增益曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
????? 當(dāng)料倉(cāng)進(jìn)料時(shí)，由于產(chǎn)生的大量粉塵會(huì)嚴(yán)重地散射聲波，造成超聲波探頭
只能接收到少量的回波，其強(qiáng)度低于檢測(cè)的門限值，這時(shí)其內(nèi)部的電子模塊就會(huì)
根據(jù)收到的回波大小來(lái)自動(dòng)地提高增益，使接收到的回波的強(qiáng)度增大直到滿足測(cè)
量的要求。如圖三所示。正是由于ULT 具有以上三大技術(shù)特性，使其能夠區(qū)別
于其他的超聲波產(chǎn)品而出色地完成復(fù)雜苛刻的工況如粉煤灰料位的測(cè)量。同時(shí)它
還帶有雙冗于供電（240VAC／24VDC ）的功能，當(dāng)其中一路電源由于故障掉電時(shí)，
會(huì)自動(dòng)切換到另一路電源，保證物位連續(xù)的檢測(cè)和數(shù)據(jù)的完整性。4 應(yīng)用實(shí)
例經(jīng)過(guò)前面的介紹，我們已經(jīng)比較熟悉了GeorgiaPacific電力公司的情況，他們
在得知ULT 的詳細(xì)情況后，隨即使用了一臺(tái)ULT 非接觸式超聲波料位計(jì)，經(jīng)過(guò)近
一年的試用，發(fā)現(xiàn)ULT 一直在準(zhǔn)確而可靠的運(yùn)行。到2001年8 月GeorgiaPacific
公司已經(jīng)安裝了近40臺(tái)ULT 系列超聲波物位計(jì)。
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