ULT 在火電廠料位測量中的探討
時間：2008-08-15 16:00:33
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????? ULT 在火電廠料位測量中的探討
????? 1 引言所有以煤作為燃料的電廠都有一個灰料處理系統(tǒng)。在工藝上最難
處理的是那種飛灰料位的測量，即鍋爐燃燒后排出來的細(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。這就給電廠灰倉或庫料位的測量帶來了很大的困難。偶然間從國外的雜志
上看到美國GeorgiaPacific電力公司使用的美國索爾公司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。于是聯(lián)系到美國索爾公司中國代表
處并細(xì)心研讀了其資料，并經(jīng)過了多次的探討，同時也了解了此產(chǎn)品在中國一些
電廠使用的情況，這才有了本文的由來。2 煤灰倉料位測量具體難點(diǎn)問題在
這里還想引用GeorgiaPacific公司的實(shí)例作說明。GeorgiaPacific電力公司是美
國最大的電力公司之一。在過去的幾年中，該公司灰料處理系統(tǒng)料位測量采用了
多種測量原理的料位儀表。1997年該公司使用射頻導(dǎo)納料位計，起初還可以勉強(qiáng)
測量，但到了1998年，測量誤差不斷增大，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)探頭嚴(yán)重磨損，無法再
滿足測量要求。隨后該公司嘗試了非接觸式的雷達(dá)料位計，但在試用過程中，雷
達(dá)接收到的反射信號相當(dāng)微弱，嚴(yán)重情況下幾乎接收不到反射信號。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
受介質(zhì)介電常數(shù)的影響，而此處被測的飛灰其介電常數(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)料過程中產(chǎn)生
的大量粉塵對發(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
測物位表面時，大部分聲波己被衰減，從而使反射回的回波微乎其微，無法確定
是真實(shí)的物位還是飛灰造成的漫反射。更嚴(yán)重時，則沒有回波信號。我們還在
有些電廠看到采用核技術(shù)來測量。但目前國電公司不太推薦核料位計的使用，主
要原因是現(xiàn)場操作工人由于擔(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)生振動發(fā)射超聲波。
因此超聲波所具有的能量就與激勵電脈沖的大小有關(guān)。激勵的電脈沖越大，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)動機(jī)工作時所產(chǎn)生的聲能。雖然其
激勵電壓為800V，但由于產(chǎn)生的聲脈沖波只是在瞬間具有很低的電流，不會對人
身造成任何傷害。高能量的聲脈沖波確保了其不會受懸浮的粉塵對聲波吸附及散
射的影響而造成回波的丟失。同時也可解決對其他超聲波產(chǎn)品而言在固體料位進(jìn)
料和卸料的過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長于高頻聲脈沖波，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對其有更少的衰減作用（見圖一）。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。尤其是像粉煤倉工況下，當(dāng)進(jìn)料時
會有大量的粉塵懸浮在倉內(nèi)不容易沉降，低頻的優(yōu)勢也就更突顯出來，可以完成
80米的物位測量。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。舉例來說，當(dāng)使用麥克風(fēng)講話時，為使周圍的聽眾都
能聽清楚講話人的聲音，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
就是所謂的對靈敏度的調(diào)節(jié)。應(yīng)用于ULT ，當(dāng)其靈敏度越強(qiáng)時，收到的回波也就
越強(qiáng)。ULT 是通過如圖二的增益曲線來實(shí)現(xiàn)的。
????? 當(dāng)料倉進(jìn)料時，由于產(chǎn)生的大量粉塵會嚴(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)度低于檢測的門限值，這時其內(nèi)部的電子模塊就會
根據(jù)收到的回波大小來自動地提高增益，使接收到的回波的強(qiáng)度增大直到滿足測
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量。同時它
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，
會自動切換到另一路電源，保證物位連續(xù)的檢測和數(shù)據(jù)的完整性。4 應(yīng)用實(shí)
例經(jīng)過前面的介紹，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ULT 非接觸式超聲波料位計，經(jīng)過近
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ULT 系列超聲波物位計。
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