物位测量技术在拉法基水泥中的应用经验介绍

一、项目简介

有170多年历史的法国Lafarge（拉法基）公司是目前世界上最大的水泥生产厂商。自1994年以来，拉法基致力于发展与中国的合作伙伴关系，不断加大在中国的投资，并在中国水泥行业取得巨大的发展。2005年8月，该公司与中国西南地区最大的水泥生产企业瑞安建业一起正式宣布合并双方在中国的水泥业务，这使作为外资企业的拉法基瑞安一举进入国内水泥行业产能三强。    作为拉法基在中国投资最大的干法水泥生产厂一一成都都江堰拉法基水泥厂(见图1)，于2002年2月正式投产，设计产量为年产140万吨水泥。都江堰拉法基水泥公司投产初期就依靠先进的生产工艺、高效地生产效率和有效的成本控制，采用低价策略彻底打破了成都水泥市场原有的竞争格局。    拉法基的市场扩张策略、成本控制策略和产品的技术领先优势，都有值得国内水泥生产厂商学习和借鉴的地方。

二、挑战

对于拉法基而言，如何选择可靠高效的自动化控制系统及仪表设备是提高产品竞争力成本控制策略的重要内容。在水泥厂中，对各种不同物料仓的连续物位测量对于提高整个生产线的产品质量、生产效率和安全环保起着至关重要的作用。

图1  都江堰拉法基水泥有限公司

拉法基曾尝试过各种不同的物位测量技术以解决这一难题，但是都没有得到令人满意的效果，尤其是在熟料仓、同化仓、成品水泥仓等位置，其粉尘极大的特点使很多公司的物位产品都望而生畏。

在使用过重锤式物位计、电容式物位计、导波式雷达物位计等接触式物位测量方式后，发现这种方式在使用中除了测量效果不是很理想外，还存在着钢缆可能被拉断而影响生产的危险性，因此基本上已经放弃了这种接触式物位测量方式的选择。

超声波物位计虽然是一种非接触式物位仪表，在很多领域应用十分广泛。但是在成品水泥厂的实际使用中发现：它很容易受到粉尘的影响。在停止加料的情况下，超声波能够在20m的测量范围内得到测量信号；但是在量程较大（料位较低时）和粉尘严重（连续进料和放料）时，基本上处于失波状态而无法正常工作。

拉法基公司一直在寻找一种能够使整个生产线达到完全自动化的可靠的物位测量方式，使工作人员能从危险有害的工作环境解脱出来，以提高生产效率，降低生产成本。

三、解决方案

为了选择合适的可靠的物位测量仪表，成都拉法基工厂大量咨询了拉法基其他工厂的意见。位于美国密歇根州的Alpena水泥生产厂是北美最大的水泥厂，年产水泥270万吨，他们的使用经验给了我们很大的帮助。据介绍，该厂原来也存在着与我们同样的问题。2001年7月试用了西门子公司当时的新产品Sitrans LR400后，在熟料仓、同化仓、成品水泥仓等测量工况中取得了非常好的效果。

经过慎重比较后，在众多国际优秀仪表供应商提供的解决方案中，成都拉法基工厂最终采用了西门子公司提供的Sitrans LR400产品作为连续物位测量解决方案。

Sitrans LR400是一款24GHz高频，采用连续调频工作方式的微波雷达物位计，最大量程可达45m，可以完全满足水泥厂中各种不同高度的仓的要求。

除此之外，该物位计还有以下特点：

1)能够穿透严重的粉尘影响，即使在用于诸如熟料、成品水泥、面粉、飞灰等介质的测量应用中，也能得到可靠、稳定、准确地物位测量。

2)继承了西门子妙声力50多年的物位制造经验而成的先进的回波处理技术——声智能技术，能够在各种苛刻的条件下将真假回波信号区分开来，从而保证物位测量的可靠性。

3)采用较长的喇叭口设计，既方便现场安装的需要，又能够得到较小的微波发射角度，有利于增强回波信号的强度和避开微波雷达物位计发射范围内的干扰信号。

4)独特的固体型算法。该物位计经过西门子公司多年的研究和现场反复实验，从而使其能够在水泥等行业的各个粉尘极大的固体物位测量应用中，始终保持着出类拔萃的表现。

5)坚固的铝制外壳设计，能够满足各种恶劣的使用工况。

西门子在2005年2月，新推出的固体型LR400在原有的基础上针对固体物位测量的特点，做了很多改进。如将瞄准器作为微波雷达物位计的标准配置，提高仪表性能的同时不增加任何费用；喇叭口可以根据客户的实际需要加长；量程升级至50m等。其外形如图2所示。

图2  Sitrans LR400固体型雷达物位计

四、使用效果

在3年多的使用过程中，Sitrans LR400始终工作稳定可靠，完全解决了在严重粉尘工况中连续物位测量的难题。在熟料仓、水泥仓、同化仓等测量应用中，在连续加料放料的情况下，通过西门子提供的软件读取回波图形发现，回波信号基本没有受到粉尘的影响，信号仍然非常强烈，如图3所示。

图3在严重粉尘工况下的回波信号图

Sitrnas LR400可靠的性能使成都拉法基工厂在各个重要料仓的物位控制系统实现完全地自动化，不再需要工人每天到各个工况恶劣的料仓上使用投尺来检测料位，也不必担心类似接触式物位计拉断钢缆的风险，既提高了物位测量的可靠性和准确性，又大大节省了生产成本，而且还提高了生产的安全性。另外，LR400的设计使用寿命为10年，这一设计特点也使水泥厂的投资成本达到最大化。由于Sitrans LR400近几年在拉法基各水泥厂的成功应用，已经成为拉法基公司的推荐产品。

五、经验总结

在水泥行业使用的各种物位测量技术比较见表1。

表1  各种物位测量技术比较

在使用Sitrans LR400的过程中，我们发现有两点需要特别注意，否则可能会带来意外的影响。

1．防尘处理

(1)故障现象

虽然微波能够穿透粉尘的影响，但是在一些粉尘极端严重的情况下，扬起的粉尘可能会粘附到雷达波发射电极上，而导致发射信号的衰减，甚至完全丢失。有时候，扬起的粉尘非常潮湿，甚至会在微波雷达物位计的喇叭口上结成泥块（见图4）。一般情况下，只需清除喇叭口内的粉尘和泥块，就可以恢复仪表的正常使用。

(2)解决方案

1)防尘罩。在大多数情况下，只需在Sitrans LR400雷达物位计喇叭口上安装一个PTFE防尘罩，即可解决此类问题。在常温情况下，只需选择普通的塑料薄罩在喇叭口也可达到同样的效果(见图5)。

图4粘结在喇叭口上的泥块，清除泥块后恢复正常工作

图5  自制的防尘罩

2)吹扫系统。在粉尘潮湿的情况下，即使使用防尘罩，但还是会有泥块粘结在防尘罩，定期地更换防尘罩会增加员工的工作量并降低生产效率。选择西门子LR400的特殊选项一一吹扫装置后，可以将压缩空气定时或连续地吹到喇叭口内，防止粉尘和湿气的侵入。

2．安装位置

(1)故障现象

应避免安装在靠近进料口、仓壁等位置，以防止由于意外的干扰引起故障。在水泥厂有一个仓的使用中，发现物位测量仪表的指示总是固定在某个数值上。西门子工程师到了现场以后，使用调试软件读取回波图形发现在正常的回波前面有一个较强的虚假回波（见图6）。回来通过现场的查看发现，这台表由于安装位置选择合理，是仓壁的一根金属横梁被仪表“检测”到而导致这一故障。

图6  固定干扰引起的虚假回波

（2）解决方案

1）更换至合适的安装位置 

2）选用带瞄准器的固定性LR400。只需稍微调整瞄准器的角度，可以将固定干扰的回波强度降到最小，如图7所示。

注：左图为未使用瞄准器的回波图；右图为使用瞄准器调整10。后的回波图。

3)利用先进的回波处理软件将固定干扰消除掉。但一般如果干扰回波较强，或者固定干扰位置在测量范围“中心”时，采取固定干扰回波抑制的方式可能会带来“副作用”，而产生较大的测量“盲区”。在如前故障中，由于干扰发生的位置较高，应采用回波处理软件技术“切除”这一干扰。故障消除后使用至今，一直工作稳定可靠，充分体现了Sitrans LR400出色的回波处理能力。

六、结束语

Sitrans LR400在其3年多的使用过程中，始终工作稳定可靠，完全解决了在严重粉尘工况中连续物位测量的难题。由于拉法基各水泥厂的成功应用，Sitrans LR400雷达物位计已经成为拉法基公司的推荐产品。在每个水泥厂都有大量的应用，有的水泥厂应用数量上百台。

新推出的固体型LR400更以物美价廉的优势，对固体物料测量市场进行了一次更大的冲击，从而进一步确定了Sitrans LR400在固体物位测量中的领导地位。