Guida di selezione del metro di livello radar minerario

1. Principi tecnici di base e tipi di minazione di livello radar

In ingegneria mineraria, impianti di preparazione del carbone, bunker di carbone di centrali elettriche e impianti di stoccaggio del materiale metallurgico, il monitoraggio continuo del livello del materiale è fondamentale per l'alimentazione automatizzata e la prevenzione di sovraccarico del bunker e il trabocco dei materiali. La misurazione del livello di estrazione mineraria deve operare in condizioni difficili che coinvolgono alte concentrazioni di polvere, elevata umidità, angolo materiale di riposo e forte impatto meccanico. I trasmettitori a livello radar industriali METRAVON utilizzano principalmente i seguenti due meccanismi di misura fisica:

1. 1 Radar d'onda guidata di riflettore di tempo-dominio (TDR / GWR)

I trasmettitori di livello radar d'onda guidati funzionano secondo il principio di Reflectometry di dominio del tempo (TDR). Gli impulsi elettromagnetici ad alta frequenza viaggiano lungo un cavo d'acciaio guidato o un'asta di sonda. Quando un impulso elettromagnetico raggiunge la superficie del materiale misurato, come polvere di carbone o particelle minerali, parte dell'energia di impulso si riflette a causa del cambiamento improvviso nella costante dielettrica (Dielettrica costante, εr) del mezzo. L'energia riflessa forma un eco e torna lungo l'elemento guidato al ricevitore.

La distanza D tra il trasmettitore e la superficie del materiale è proporzionale al tempo di propagazione dell'onda elettromagnetica Δt ed è calcolata utilizzando la seguente formula:

D = (c × Δt) / 2

dove c è la velocità della luce, circa 3 × 10⁸M/S. Poiché il radar d'onda guidato utilizza un conduttore per guidare l'energia elettromagnetica, l'attenuazione del segnale è molto bassa, rendendolo particolarmente adatto per le navi di stoccaggio minerarie contenenti materiali con costanti dielettriche relativamente basse o per applicazioni con spazio di misura estremamente limitato.

Processo di misurazione radar a onde guidate (TDR)

Passo 1 – Generazione di impulsi:Il trasmettitore genera un impulso elettromagnetico ad alta frequenza.

Passo 2 – Propagazione guidata:Il polso viaggia lungo il cavo d'acciaio o l'asta della sonda verso la superficie del materiale.

Passo 3 – Riflessione superficiale:Quando il polso raggiunge la superficie del materiale, il cambiamento in εr costante dielettrico fa parte dell'energia elettromagnetica da riflettere.

Passo 4 – Echo Ritorno:Il polso riflesso torna lungo lo stesso elemento guidato per l'elettronica ricevente.

Passo 5 – Calcolo della distanza:Lo strumento misura la differenza di tempo di propagazione Δt e calcola la distanza materiale utilizzando

D = (c × Δt) / 2.

1. 2 Frequenza-Modulato Radar continuo-acqua (FMCW)

Trasmettitori a livello radar ad alta frequenza METRAVON 80 GHz, utilizzano la tecnologia di misura senza contatto. L'antenna radar trasmette un segnale a microonde la cui frequenza aumenta linearmente nel tempo attraverso la modulazione di frequenza lineare.

Dopo che il segnale del microonde raggiunge la superficie del materiale, viene riflessa e ricevuta dall'antenna ricevente. Poiché la frequenza del segnale trasmesso cambia continuamente, c'è una differenza di frequenza Δf tra la frequenza echo ricevuta e la frequenza attualmente trasmessa. Questa differenza di frequenza è proporzionale alla distanza di misura D:

D = (c × Δf) / (2 × K)

dove K è la frequenza di spazzamento. Combinata con la frequenza operativa di 80 GHz estremamente elevata, la tecnologia FMCW fornisce un rapporto segnale-rumore molto alto e una forte capacità di misura, rendendolo una tecnologia di misura non-contatto preferita per applicazioni di estrazione mineraria ad alto rendimento e carbone-bunker.

Processo di misurazione radar FMCW

Passo 1 – Frequenza Sweep:L'oscillatore radar genera un segnale a microonde da 80 GHz la cui frequenza aumenta linearmente nel tempo.

Passo 2 – Trasmissione:L'antenna trasmette il segnale a microonde modulato in frequenza verso la superficie del materiale di massa.

Passo 3 – Riflessione:Il segnale del forno a microonde è riflesso dalla superficie del materiale, comprese le superfici inclinate formate dall'angolo materiale di riposo.

Passo 4 – Echo Reception:L'antenna riceve il segnale a microonde riflesso.

Passo 5 – Calcolo della distanza:L'elettronica calcola la differenza di frequenza Δf tra i segnali trasmessi e ricevuti e determina la distanza utilizzandoD = (c × Δf) / (2 × K).

2. Criteri di acquisizione chiave e parametri di selezione per i trasmettitori di livello radar Mining

Per le condizioni operative estreme nelle operazioni minerarie sotterranee e superficiali, il personale di approvvigionamento e di ingegneria dovrebbe concentrarsi sui seguenti cinque parametri tecnici chiave:

3. Strategie di selezione del trasmettitore di livello radar per le condizioni complesse di estrazione mineraria

Processo di selezione del trasmettitore di livello radar minerario

Passo 1 - Identificare lo stoccaggio o l'ambiente di processo:Determinare se l'applicazione è un bunker di carbone sotterraneo ad alta produzione, silo grezzo-carbone, tramoggia di alimentazione limitata, serbatoio di acque reflue, o serbatoio di liquami.

Fase 2 – Misurazione ad alta polvere e non contatta:Per i bunker di carbone, i silos di gangue e le applicazioni che coinvolgono la polvere grave e l'angolo materiale di riposo, selezionare unTrasmettitore di livello radar 80 GHz FMCW, come il METRAVON FMCW-80M.

Passo 3 – Spazio limitato o Basso Dielettrico Costante:Per spazi o supporti limitati con basse costanti dielettriche, selezionare unradar ad onde guidate ad alta resistenzaCome il METRAVON GWR-MINE.

Passo 4 – applicazioni di acque reflue corrosive o di liquami:Per serbatoi di acque reflue strette o di liquami che richiedono la misura guidata e la resistenza alla corrosione, considerare untrasmettitore di livello radar a onda guidata resistente alla corrosione, come il METRAVON GWR-70.

3. 1 80 GHz FMCW Non-Contact Radar Level Transmitter: Main Coal Bunkers and Gangue Silos

Condizioni operative:Grande altezza di caduta del materiale, concentrazione di polvere estremamente elevata e superfici materiali inclinate causate dall'angolo di riposo.

Requisiti di selezione:Dovrebbe essere selezionato un radar FMCW da 80 GHz con un angolo di trasmissione di ≤3°. Il fascio stretto aiuta a penetrare lo strato di polvere e a focalizzare il segnale verso il centro della pila di materiale, riducendo echi falsi da pareti di silo ruvide e superfici strutturali interne. È inoltre necessario selezionare un collegamento pneumatico per la pulizia dell'aria in modo che l'aria compressa possa periodicamente pulire la superficie dell'antenna.

3. 2 Trasmettitore di livello radar a onde guidate (GWR): Bunker di miscelazione del carbone e tramogge del mangime stretto nelle piante di preparazione del carbone

Condizioni operative:Spazio di installazione limitato, travi di rinforzo interno e dispositivi di alimentazione, e grandi variazioni nella costante dielettrica materiale.

Requisiti di selezione:Selezionare il radar d'onda guidato dotato di un cavo d'acciaio pesante con alta resistenza alla trazione di non meno di 20 kN. Il cavo d'acciaio guidato limita l'energia elettromagnetica intorno al cavo e riduce le interferenze dalle strutture interne dell'acciaio. A seconda della progettazione dell'applicazione, la sezione inferiore del cavo può richiedere un peso o un adeguato sistema di ritenuta per mantenere la posizione del cavo e ridurre il rischio di danni meccanici causati da materiale di collasso.

4. Ingegneria Installazione e Explosion-Proof Requisiti per i trasmettitori di livello radar a onde guidate

Nei progetti di ingegneria mineraria e carbone, l'installazione standardizzata è fondamentale per garantire un funzionamento stabile a lungo termine dello strumento. I seguenti sono procedure di costruzione e installazione standard per i trasmettitori di livello radar a onde guidate:

4. 1 Posizione di installazione e principi di ostacle-Avoidance

Evitare l'ingresso materiale:La posizione di installazione deve evitare aree soggette a impatto diretto del materiale per evitare che grandi pezzi di minerale o altro materiale colpiscano il cavo d'acciaio o l'antenna. In polipropilene / polietilene granulazione e applicazioni serbatoio trattamento acque reflue, lo strumento può essere installato vicino al centro. Per serbatoi d'acqua piovana all'aperto, l'installazione può essere di circa 400 mm dalla parete del serbatoio, con ostacoli vicini rimossi.

Scatola di isolamento e Prevenzione del trattato di parete:Installare una flangia da 2 pollici, 150lb al collegamento filettato del trasmettitore. Se viene utilizzata una scatola di isolamento, fare un'apertura circolare con un diametro di D = 50 mm in basso. Prima guidare il cavo in acciaio attraverso il centro dell'apertura e poi fissare la flangia all'interno della scatola di isolamento. Assicurarsi che il cavo in acciaio non toccare la parete metallica della scatola di isolamento per evitare interferenze di capacità parassita.

4. 2 Requisiti di prova di esplosione elettrica e isolamento

Processo di installazione elettrico

Passo 1 – Contenitore di protezione:Avviare il cavo dello strumento dalla custodia protettiva o isolante.

Passo 2 – Conduit del cavo:Utilizzare il condotto in acciaio zincato DN20 con connessioni filettate sicure.

Passo 3 – cavo intrinsecamente sicuro:Percorrere il cavo di segnale intrinsecamente sicuro di fiamma attraverso il condotto verso lo strumento.

Passo 4 – cavo Gland e goccia Loop:Stringere la ghiandola del cavo e creare un anello di goccia verso il basso prima che il cavo entri nell'alloggiamento per evitare che la condensazione viaggi nello strumento.

Passo 5 – Giunzione e messa a terra di Explosion-Proof:Completare la connessione in conformità con i requisiti di cablaggio a prova di esplosione e collegare lo scudo del cavo al punto di messa a terra designato utilizzando messa a terra monopunto.

Isolamento di potenza:Prima di smontare o installare lo strumento, l'alimentatore deve essere disconnesso nell'armadio di controllo e i cavi di segnale positivi e negativi devono essere disconnessi.

Installazione cavi:Utilizzare 1 mm × 2 mm × 1. Cavo intrinsecamente sicuro da 5 mm. Il condotto deve essere DN20 tubo in acciaio zincato con connessioni filettate saldamente serrate.

Test di isolamento:Dopo che l'installazione del cavo è completata, eseguire un test di isolamento utilizzando un megohmmetro. Impostare la tensione di prova a 500 V DC e testare continuamente per 60 secondi. La resistenza all'isolamento deve essere ≥20 MΩ.

Protezione dell'umidità e dell'acqua (Drip Loop):La ghiandola del cavo dello strumento deve essere serrata in modo sicuro. All'ingresso del cavo di segnale, piegare il cavo verso il basso e formare un anello di goccia circolare con un diametro di circa D = 100 mm per evitare condensa e vapore acqueo di viaggiare lungo il cavo nell'alloggiamento dello strumento.

Requisiti di messa a terra:Lo strato di schermatura del cavo schermato deve essere messa a terra in un unico punto al terminale di messa a terra interno dedicato dell'alloggiamento del trasmettitore di livello. Il potere può essere ripristinato solo dopo aver confermato che non c'è nessun difetto di terra involontario o corto circuito.

4. 3 Impostazioni di limite e di zona ciechi ad alto livello

Quando si utilizza un trasmettitore di livello radar, il livello massimo del materiale non deve mai entrare nella zona di misura cieca.

Impostazione del limite ad alta velocità:Quando si configura l'allarme di alto livello, è necessario riservare sufficiente spazio per l'intrinseca zona cieca superiore dello strumento. Un intervallo di riferimento tipico è di circa 0. 1 m-0. 3 m per radar non contatto e circa 0. 2 m–0. 5 m per il radar d'onda guidato, a seconda della progettazione specifica dello strumento.

Logica di prevenzione di sovraccarico:Se il livello massimo del materiale raggiunge la zona cieca, forti riflessi vicino all'antenna possono causare l'uscita per bloccare al massimo livello o innescare un allarme "Loss of Echo", che può causare azioni di controllo errate.

FAQ

Q1: Perché i trasmettitori di livello radar a prova di esplosione METRAVON sono ampiamente utilizzati nelle industrie minerarie e metallurgiche?

A:Le ragioni principali sono il loro design affidabile di protezione contro le esplosioni e la forte resistenza alle interferenze ambientali. I trasmettitori a livello radar a prova di esplosione METRAVON sono progettati per applicazioni pericolose complesse, con configurazioni di protezione intrinsecamente sicure e ignifughe disponibili secondo i requisiti del modello. Allo stesso tempo, la misurazione a microonde ad alta frequenza da 80 GHz offre una forte resistenza alle interferenze da alte concentrazioni di polvere, vapore acqueo, cambiamenti di pressione ambientale e variazioni di temperatura significative, offrendo una migliore stabilità di misura rispetto alle tecnologie radar ultrasoniche e a bassa frequenza convenzionali in molte applicazioni minerarie.

Q2: Quali vantaggi ha il radar Frequency-Modulated Continuous-Wave (FMCW) che fornisce il radar di impulso nella misurazione del bunker di carbone?

A:Il radar FMCW trasmette continuamente segnali durante il ciclo di spazzata di frequenza e può fornire un elevato rapporto segnale-rumore. Il carbone e simili materiali di rinfuse hanno spesso superfici sciolte e inclinate e possono attenuare fortemente i riflessi a microonde. L'elaborazione del segnale FMCW può aiutare a identificare debole ma valido eco materiale e ridurre la probabilità di "Loss of Echo" in condizioni di misura difficili.

Q3: Le alte concentrazioni di vapore acqueo e condensazione sotterranea influiscono sulla precisione di misurazione del livello radar?

A:Il vapore acqueo stesso ha generalmente un effetto limitato sulla velocità di propagazione del forno a microonde. Tuttavia, se il vapore condensa in gocce d'acqua sulla superficie dell'antenna radar, l'energia a microonde può essere attenuata. I trasmettitori a livello radar METRAVON possono utilizzare antenne per obiettivo PTFE rialzate con caratteristiche idrofobiche. Combinato con un assemblaggio pneumatico pneumatico antideflagrante ove applicabile, questo disegno aiuta a ridurre gli effetti della condensazione sulla misurazione.

Q4: Come dovrebbe la deflezione riflessa-wave causata dall'angolo materiale di riposo essere gestito nella misura di massa-solid mineraria?

A:Una superficie materiale inclinata può riflettere parte dell'energia del forno a microonde verso la parete del silo invece di retro verso l'antenna. Le soluzioni consigliate includono:

Utilizzare un trasmettitore radar METRAVON 80 GHz con un angolo di raggio stretto di circa 3° per ridurre lo spargimento;

Utilizzare una flangia orientabile durante l'installazione per regolare l'angolo dell'antenna radar in modo che il fascio sia diretto più perpendicolarmente verso la superficie del materiale inclinato;

Abilitare le funzioni interne di tracciamento della superficie del materiale o di elaborazione del falso eco dove supportato.

Q5: Come può il cavo d'acciaio radar d'onda guidato essere protetto da tensione eccessiva o rottura durante lo scarico materiale?

A:I seguenti tre punti devono essere considerati durante la selezione e l'installazione:

Calcolare la forza massima di trazione esercitata dal materiale sul cavo e selezionare un cavo pesante con una forza di rottura appropriata, come maggiore di 20 kN, se richiesto dall'applicazione;

Evitare di installare il radar d'onda guidato direttamente sotto l'ingresso materiale o al centro della presa di scarica inferiore;

Utilizzare un metodo di montaggio adatto in base alle condizioni di carico meccanico, come ad esempio sospensioni superiori con sospensione free low-end o un limitatore inferiore flessibile ingegnerizzato, se del caso.

Q6: Quali materiali possono misurare i trasmettitori di livello radar intelligenti?

A:I trasmettitori di livello radar intelligenti sono ampiamente utilizzati per i bunker di carbone nelle piante di carbone, silos di cenere nelle centrali elettriche, serbatoi di stoccaggio acidi e alcali in impianti petrolchimici, serbatoi di liquami, contenitori di minerali metallurgici e silos di cereali alimentari. Entrambi i supporti conduttivi e molti materiali non conduttivi a basso dielettrici, come i prodotti petroliferi leggeri e le polveri asciutte, possono essere misurati quando vengono selezionate le adeguate tecnologie radar e la configurazione.

Q7: In che ordine dovrebbe essere indagato un allarme "Loss of Echo" da un trasmettitore di livello radar?

A: In primo luogo, verificare se il livello massimo del materiale è aumentato nella zona blind dell'antenna;

Verificare se spessa, polvere appiccicosa o liquami di carbone bagnato si è accumulato sulla superficie dell'antenna;

Controllare se la pressione di alimentazione dell'aria è normale;

Controllare la tensione di alimentazione dello strumento e la resistenza di isolamento del cavo ignifugo, compreso se la resistenza di isolamento rimane superiore a 20 MΩ.

Conclusioni

La selezione di un trasmettitore di livello radar di estrazione mineraria richiede una considerazione completa del grado di protezione contro le esplosioni, della costante dielettrica materiale, della concentrazione della polvere e delle dimensioni geometriche dello spazio di misura. Per i bunker di carbone sotterranei ad alta densità e i silos ad alta banda, i trasmettitori a livello radar FMCW da 80 GHz forniscono una forte combinazione di precisione e stabilità. Per spazi ristretti, materiali a bassa dielettricità o serbatoi di liquami, il radar d'onda guidato (GWR) offre importanti vantaggi tecnici.

Come produttore professionale che serve applicazioni di controllo del processo industriale e di misurazione mineraria, METRAVON offre una gamma completa di trasmettitori a livello radar anti-esplosione insieme alla guida di selezione del campo per i clienti nelle industrie minerarie globali, metallurgiche e di potenza. Per ottenere documenti di certificazione a prova di esplosione mineraria, schede tecniche o quote di approvvigionamento di progetti, si prega di contattare il team di ingegneria METRAVON.

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Autore: Arvin · Fonte: Strumenti METRAVON