无源核子料位计

　　1 前 言

　　物位的测量，一直是工业自动化领域需要解决的问题之一。火电厂电除尘、除灰系统中料位的准确的测量十分重要。

　　目前好多电厂由于料位计不好用，输灰系统大多采用时间控制，而且因由于灰斗下料速度不稳定，从安全角度考虑，时间都设得比较保守。

　　结果就导致每次仓泵输送的灰都很少，用掉的压缩空气却很多。当灰量比较大时，就来不及排灰，使得灰斗内大量积灰。另一个副作用是，加大了输送每吨灰的耗气量，增加了对排灰管道、阀门的磨损。曾经某电厂的电除尘器发生了坍塌事故，其原因是因为灰斗都装满了，料位计却没有报警，导致坍塌。当然事后分析主要原因是除尘器厂家提供的支撑钢材不达标，无法承受当时的荷载;但如果当时料位计能够准备的报警，操作人员通过适当的操作，也许就可以避免如此严重的事故。

　　那么采用何种物位测量产品能够真实的反映现场实际工况下火电厂中灰斗、仓泵、灰库的料位呢?

　　2 原 理

　　火电厂中目前采用的测量料位的产品主要有超声波料位计、雷达料位计、射频导纳物位计、重锤式料位计，还有无源核子料位计。下面先了解下它们的测量原理。

　　超声波料位计：音波发射头能发射一束强烈音波脉冲，当此音波到达物料表面时会有反射波传回发射头，此反射波经由发射头转换成电气信号，然后被送到超音波控制器，由控制器计算音波反射传送时间，再转换成料位或距离。

　　雷达料位计工作的基本原理和超声波料位计一样：发射-反射-接收，不同的是采用的为雷达波。

　　射频导纳料位计：所谓射频导纳，导纳的含义为电学中阻抗的倒数，它由电阻性成分、电容性成分、感性成分综合而成，而射频即高频无线电波谱，所以射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。仪表工作时，仪表的传感器与灌壁及被测介质形成导纳值，物位变化时，导纳值相应变化，电路单元将测量导纳值转换成物位信号输出，实现物位测量。射频导纳料位计有射频导纳连续料位计和射频导纳开关两种，前者输出模拟量信号，后者输出开关量信号。

　　重锤式料位计：智能电机传动系统控制着系在不锈钢钢缆上的重锤向下降，重锤接触介质表面的瞬间停止下降，而后重锤式料位计改变电机的转动方向将重锤收回。测量过程中，重锤式料位计通过双光学传感器的计量，获取料位信号。

　　这里重点介绍下无源核子料位计：首先要知道什么是γ 射线，它是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线。γ 射线有很强的穿透力，在穿过物质时，强度减弱与物质的密度相关，符合指数规律。主要机理是γ射线光子与物质发生光电效应、康普顿效应和电子对效应后损失其能量，从原射线束中消失。核子料位计就是利用γ 射线这三种效应的原理。所谓无源，即无放射源。传统的核子料位计忽略自然环境中广泛存在微量的天然放

　　射性核素，利用人工放射源发出的强度远大于环境的γ 射线。当物料位置发生变化，高于或低于探测器和源容器的安装位置，探测器探测到的放射源发出的γ 射线的强度有所不同。由此判断物料是否到达安装位置，见图1;而无源核子料位计是不需要设置人工放射源的，充分利用自然环境中广泛存在的微量天然放射性核素。当物料位置发生变化，物料数量的多少、与探测器距离的远近发生变化时，探测器测量到的物料自身的γ

　　射线是不同的;由于物料的屏蔽作用，当物料位置发生变化时，穿过容器的γ 射线强度也会发生变化，见图2。

　　由此可以看出只是用了核方法，没有辐射防护的必要

　　3 对 比

　　首先说说电除尘的灰斗和输灰系统的仓泵，由于工艺设备及流程的原因，无法采用顶装式，故超声波料位计、雷达料位计、射频导纳料位计、重锤式料位计不能采用。那么采用侧装的射频导纳料位开关和呢，它们有哪些优缺点呢?从安装方法来说，射频导纳料位开关必须在设备本体上开孔，把探头伸进去做接触测量。

　　设备内部环境恶劣，特别是电除尘的灰斗，内部的温度有160℃以上，而且灰无法避免的附着在仪表探头上，尽管射频导纳料位开关在设计上使用了*的抗粘附电路，采用多参量的测量，交流鉴相采样器的实现手段从数学理论上解决了在开关上挂料问题，采用的材料也可以抗磨损，但在如此恶劣的工况中，难免会出现误报警和损害。

　　从成本上讲，虽然射频导纳料位开关相对比较便宜，但经常需要更换，维护量大，总体投资费用会比高;而无需与被测介质接触，环境因素再恶劣对它也没有丝毫影响，不存在磨损问题;它测量的是安装位置的灰的总量，容器壁挂灰量与真实的料满毕竟在总量上有很大差异，所以能分辨到底是挂料还是料位真的到了，避免了挂料问题，且维护更换方便，不影响本体运行。还有个方面，射频导纳料位开关仅能够输出开关量信号，而不仅能输出开关量，还能输出模拟量，虽不能实现连续料位的测量，但是可以准确的反应出测点位置灰位的变化过程，十分有利于运行人员了解系统的运行状况。另外射频导纳料位计在使用前需要调试。调试时，需要经过有灰和无灰两种状态，才能准确标定料位计。所以在调试时，特别是在过168时，让灰积到高位测量点，而这个时候料位计还处于待调状态，不能可靠指示灰位，对系统运行是有一定风险的。

　　那么在灰库的料位测量中，哪些料位计比较适用呢?灰库高度高、空间大，飞灰严重，而超声波料位计无法穿透重粉尘，无法正常工作，因此不能选用;若采用雷达料位计，系统在运行一段时间内会在喇叭口结上很多灰尘，影响测量，虽然可以采用加装吹扫装置的方法，但是无法*解决结灰，还需要定期清灰，增加仪表维护量，所以不太适用。重锤式料位计有抗粉尘*力强，不受介质介电常数、电导率、热导率的影响

　　的优点，用来采用灰库料位测量还是比较适用的，不过安装时要尽量避开进料口、障碍物等干扰因素，还有它具有机械部分，虽结构简单，但难免发生断链等机械故障。射频导纳料位计在前面提到过，有很好的抗磨损、防止挂料、抗冲击、抗高温和腐蚀的能力，但是它属于接触类的测量仪表，这点是无法与相比的。可是在灰库的连续料位的监视上，是无法实现的;但由于不仅仅是对当前设备中料位的高低判断，还能够反应出测点位置的料位变化，可以通过在灰库上高低不同的位置，安装多个，从而可以判断灰库料位的大致变化，达到间接的连续料位的监视目的，当然这样就提高了一次投入的成本。

　　4 结束语

　　可见在火电厂电除尘、除灰系统中料位测量上有很好的优势，能够提高系统运行的可靠性，降低维护费用,起到节能降耗作用。现在越来越多的电厂用户对在除尘除灰系统上测量的准确性、维护的方便性得到了认可。既然在测灰位上有这么好的*性，那么在其它的物位测量上，比如煤粉仓、煤斗的测量是否有好的效果?据厂家和用户介绍，在煤位的测量上不理想，还需要进一步的探索和研究。