Dobór radarowego miernika poziomu do zastosowań górniczych

1. Podstawowe zasady techniczne i typy radarów górniczych

W budownictwie górniczym, w zakładach przetwórczych węgla, w bunkrach węgla energetycznego oraz w magazynach materiałów metalurgicznych, stałe monitorowanie poziomu materiałowego ma zasadnicze znaczenie dla automatycznego żywienia i zapobiegania przepełnieniu bunkrów i przedostawaniu się materiału. Pomiar poziomu górnictwa musi przebiegać w trudnych warunkach obejmujących wysokie stężenia pyłu, wysoką wilgotność, kąt spoczynku materiału oraz silne oddziaływanie mechaniczne. Przemysłowe nadajniki radarowe METRAVON wykorzystują głównie następujące dwa fizyczne mechanizmy pomiarowe:

1. 1 Reflektometria domeny Radar z przewodnikiem (TDR / GWR)

Przetworniki poziomu radaru z przewodnikiem działają zgodnie z zasadą Reflektometrii Domeny Czasu (TDR). Wysokoczęstotliwościowe impulsy elektromagnetyczne poruszają się wzdłuż stalowego kabla lub pręta sondującego. Gdy impuls elektromagnetyczny dociera do powierzchni mierzonego materiału, takiego jak proszek węglowy lub cząstki mineralne, część energii impulsowej odbija się z powodu nagłej zmiany w stałej dielektrycznej (dielektrycznej stałej, εr) medium. Energia odbita tworzy echo i wraca wzdłuż elementu kierowanego do odbiornika.

Odległość D między nadajnikiem a powierzchnią materiału jest proporcjonalna do czasu propagacji fal elektromagnetycznych Δt i obliczana jest przy użyciu następującego wzoru:

D = (c × Δt) / 2

gdzie c oznacza prędkość światła, w przybliżeniu 3 × 10⁸m / s. Ze względu na to, że radar fal z przewodem wykorzystuje przewodnik do kierowania energią elektromagnetyczną, tłumienie sygnału jest bardzo niskie, co czyni go szczególnie odpowiednim dla górniczych zbiorników magazynowych zawierających materiały o stosunkowo niskich stałych dielektrycznych lub do zastosowań o bardzo ograniczonej przestrzeni pomiarowej.

Proces pomiaru Radar z przewodnikiem (TDR)

Etap 1 - wytwarzanie pulsu:Nadajnik generuje impuls elektromagnetyczny wysokiej częstotliwości.

Krok 2 - Rozpowszechnianie z przewodnikiem:Puls porusza się wzdłuż stalowego kabla lub pręta sondy w kierunku powierzchni materiału.

Etap 3 - Odbicie powierzchni:Gdy impuls dociera do powierzchni materiału, zmiana stałej dielektrycznej εr powoduje odbicie części energii elektromagnetycznej.

Krok 4 - Powrót Echo:Impuls odbity wraca wzdłuż tego samego elementu przewodnika do elektroniki odbiorczej.

Krok 5 - Obliczanie odległości:Instrument mierzy różnicę czasu rozmnażania Δt i oblicza odległość materiału przy użyciu

D = (c × Δt) / 2.

1. 2 Radar z modulacją częstotliwości ciągłej fali (FMCW)

Częstotliwość modulowane nadajniki poziomu radarów ciągłych (FMCW), takie jak radary wysokiej częstotliwości METRAVON 80 GHz, wykorzystują technologię pomiaru niekontaktowego. Antena radarowa przekazuje sygnał mikrofalowy, którego częstotliwość zwiększa się liniowo w czasie poprzez modulację częstotliwości liniowej.

Po dotarciu sygnału mikrofalowego do powierzchni materiału jest odbijany i odbierany przez antenę odbiorczą. Ponieważ transmitowana częstotliwość sygnału zmienia się w sposób ciągły, istnieje różnica częstotliwości Δf pomiędzy otrzymaną częstotliwością echo a częstotliwością obecnie transmitowaną. Różnica częstotliwości jest proporcjonalna do odległości pomiarowej D:

D = (c × Δf) / (2 × K)

gdzie K oznacza częstotliwość przeszukiwania. W połączeniu z niezwykle wysoką częstotliwością roboczą 80 GHz technologia FMCW zapewnia bardzo wysoki wskaźnik szumów sygnalizacyjnych i silną zdolność pomiarową, co czyni ją preferowaną niekontaktową technologią pomiarową dla zastosowań wysokopyłowych i węglowych.

Proces pomiaru Radar FMCW

Etap 1 - Zamiatanie częstotliwości:Oscylator radarowy generuje sygnał mikrofalowy o częstotliwości 80 GHz, którego częstotliwość zwiększa się liniowo z czasem.

Etap 2 - Transmisja:Antena przekazuje często modulowany sygnał mikrofalowy w kierunku powierzchni materiału sypkiego.

Etap 3 - Odbicie:Sygnał mikrofalowy odbija się od powierzchni materiału, w tym powierzchni nachylonych, utworzonych przez kąt spoczynku materiału.

Etap 4 - Echo Recepcja:Antena odbiera odbity sygnał mikrofalowy.

Krok 5 - Obliczanie odległości:Elektronika oblicza różnicę częstotliwości Δf między przesyłanymi i otrzymanymi sygnałami i określa odległość przy użyciuD = (c × Δf) / (2 × K).

2. Kluczowe kryteria zakupu i parametry wyboru dla radarowych nadajników górniczych

W przypadku ekstremalnych warunków eksploatacyjnych w kopalniach podziemnych i powierzchniowych personel zamawiający i inżynieryjny powinien skoncentrować się na następujących pięciu kluczowych parametrach technicznych:

3. Strategie wyboru transpondera poziomu radarowego dla złożonych warunków górniczych

Proces doboru transpondera poziomu radaru górniczego

Krok 1 - Identyfikacja środowiska składowania lub przetwarzania:Określić, czy aplikacja jest wysokopyłowy podziemny bunkier węglowy, raw- węgiel silo, ograniczony zbiornik paszy, zbiornik ściekowy, lub zbiornik gnojowicy.

Etap 2 - Pomiar wysokopyłowy i niekontaktowy:W odniesieniu do bunkrów węglowych, silosów gangue i zastosowań związanych z silnym pyłem i materialnym kątem wypoczynku, wybraćNadajnik poziomu radaru 80 GHz FMCW, takich jak METRAVON FMCW- 80M.

Krok 3 - Ograniczona przestrzeń lub stała dielektryczna:Dla pomieszczeń zamkniętych lub mediów o niskich stałych dielektrycznych, wybierz aradar falowy z przewodem wysokiego napięcia, takich jak METRAVON GWR- MINE.

Etap 4 - Aplikacje korozji lub szlamu:W przypadku wąskich zbiorników ścieków lub gnojowicy wymagających pomiaru z przewodem i odporności na korozję należy rozważyćodporny na korozję przetwornik poziomu radaru falowego, takich jak METRAVON GWR- 70.

3. 1 80 GHz FMCW Non-Contact Radar Level Transmitter: Główne bunkry węglowe i Gangue Silos

Warunki eksploatacji:Duża wysokość spadku materiału, niezwykle wysokie stężenie pyłu i nachylone powierzchnie materiału spowodowane kątem spoczynku.

Wymagania dotyczące wyboru:Należy wybrać radar FMCW 80 GHz o kącie wiązki przesyłowej ≤ 3 °. Wąska belka pomaga przeniknąć przez warstwę pyłu i skupić sygnał w kierunku środka stosu materiału, redukując fałszywe echa z szorstkich ścian silosu i wewnętrznych powierzchni konstrukcyjnych. Należy również wybrać pneumatyczne połączenie oczyszczania powietrza, aby sprężone powietrze mogło okresowo czyścić powierzchnię anteny.

3. 2 Przetwornik poziomu radaru z przewodnikiem (GWR): Bunkry mieszające węgiel i Hoppers wąskie paszy w zakładach przygotowania węgla

Warunki eksploatacji:Ograniczona przestrzeń montażowa, wewnętrzne belki wzmacniające i urządzenia podające oraz duże różnice w stałej dielektrycznej materiału.

Wymagania dotyczące wyboru:Wybierz radar falowy wyposażony w kabel stalowy o dużej wytrzymałości na rozciąganie nie mniejszej niż 20 kN. Przewód ze stali sterowanej ogranicza energię elektromagnetyczną wokół przewodu i zmniejsza zakłócenia ze strony wewnętrznych konstrukcji stalowych. W zależności od konstrukcji aplikacyjnej dolna część przewodu może wymagać ciężaru lub odpowiedniego urządzenia przytrzymującego w celu utrzymania położenia przewodu i zmniejszenia ryzyka uszkodzenia mechanicznego spowodowanego upadkiem materiału.

4. Inżynieria Instalacja i Eksplozja - Wymagania dowodowe dla radarowych nadajników poziomu z przewodnikiem

W projektach w zakresie inżynierii górniczej i węglowej standaryzacja instalacji ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia długoterminowej stabilności funkcjonowania instrumentów. Poniżej przedstawiono standardowe procedury konstrukcyjne i instalacyjne dla przetworników poziomu promieniowania fal przewodowych:

4. 1 Pozycja instalacji i zasady unikania przeszkód

Unikać wlotu materiału:Pozycja instalacji musi unikać obszarów, które mogą mieć bezpośredni wpływ na materiał, aby zapobiec uderzeniu dużych kawałków rudy lub innego materiału w stalowy kabel lub antenę. W przypadku stosowania granulatu polipropylenowo-polietylenowego i zbiornika do oczyszczania ścieków przyrząd może być zainstalowany w pobliżu centrum. W przypadku zbiorników do odprowadzania wody deszczowej na zewnątrz instalacja może być oddalona o około 400 mm od ściany zbiornika, przy usunięciu pobliskich przeszkód.

Pudełko Izolacji i Zapobieganie Wall- Contact:Zainstaluj 2-calowy kołnierz 150lb przy gwintowanym połączeniu nadajnika. W przypadku zastosowania skrzyni izolacyjnej należy wykonać okrągłe otwarcie o średnicy D = 50 mm na dole. Najpierw przeprowadź stalowy kabel przez środek otworu, a następnie zabezpiecz kołnierz wewnątrz skrzynki izolacyjnej. Upewnić się, że stalowy kabel nie dotknie metalowej ściany skrzynki izolacyjnej, aby uniknąć zakłócenia kondensacji pasożytniczej.

4. 2 Wymagania w zakresie badań materiałów wybuchowych i izolacji elektrycznej

Proces instalacji elektrycznej

Etap 1 - Zamknięcie ochronne:Przesunąć kabel przyrządu z obudowy ochronnej lub izolacyjnej.

Krok 2 - Łączenie kablowe:Użyj galwanizowanego przewodu stalowego DN20 z bezpiecznymi gwintowanymi połączeniami.

Etap 3 - Kabel Intrisically Safe:Przeprowadzić ognioodporny kabel sygnałowy w kierunku urządzenia.

Krok 4 - Gland kablowy i pętla kroplowa:Zaciśnij gruczoł kablowy i utworzyć pętlę kroplówkę w dół przed kabel wchodzi do obudowy, aby zapobiec kondensacji z podróży do instrumentu.

Krok 5 - Explosion- Proof Junction i uziemienie:Ukończ połączenie zgodnie z wymogami instalacji wybuchowo-odpornej i podłącz osłonę kablową do wyznaczonego punktu uziemienia za pomocą uziemienia jednopunktowego.

Izolacja mocy:Przed demontażem lub zainstalowaniem przyrządu zasilanie musi być odłączone w obudowie sterowniczej, a przewody sygnału dodatniego i ujemnego muszą być odłączone.

Instalacja kablowa:Użyj 1 mm × 2 mm × 1. 5 mm kabel ognioodporny nierozerwalnie bezpieczny. Przewód powinien być ze stali ocynkowanej DN20 z bezpiecznie zaciśniętymi łącznikami gwintowymi.

Badanie izolacji:Po zakończeniu instalacji kablowej wykonać test izolacji za pomocą megometru. Ustaw napięcie próbne na 500 V prądu stałego i w sposób ciągły przez 60 sekund. Odporność izolacji musi wynosić ≥ 20 M∞.

Ochrona wodoodporna i nawilżająca (Drip Loop):Głowica kablowa musi być bezpiecznie zaciśnięta. Przy wejściu kabla sygnałowego zgiąć kabel w dół i uformować okrągłą pętlę kroplową o średnicy około D = 100 mm, aby zapobiec przemieszczaniu się kondensatu i pary wodnej wzdłuż kabla do obudowy przyrządu.

Wymogi dotyczące uziemienia:Warstwa ochronna zabezpieczonego kabla musi być uziemiona w jednym punkcie do dedykowanego wewnętrznego terminala uziemiającego obudowy nadajnika poziomu. Moc może być przywrócona tylko po potwierdzeniu, że nie ma niezamierzonych usterek lub zwarć.

4. 3 Ustawienia najwyższego poziomu i strefy ślepej

Przy użyciu nadajnika poziomu radaru maksymalny poziom materiału nie może nigdy wejść do strefy pomiarowej niewidomej.

Ustawienie poziomu najwyższego:Przy konfigurowaniu alarmu wysokiego poziomu należy zarezerwować wystarczającą przepustowość dla wewnętrznej górnej strefy niewidomej instrumentu. Typowy zakres odniesienia wynosi około 0. 1 m- 0. 3 m dla radaru niekontaktowego i około 0. 2 m- 0. 5 m dla radaru fal z przewodem, w zależności od konkretnego projektu instrumentu.

Przepełnienie Zapobieganie Logiczne:Jeżeli maksymalny poziom materiału dociera do strefy niewidomej, silne odbicia w pobliżu anteny mogą spowodować zablokowanie wyjścia na poziomie maksymalnym lub wywołać alarm "Utrata Echo", który może spowodować nieprawidłowe działanie systemu sterowania.

FAQ

P1: Dlaczego w przemyśle wydobywczym i metalurgicznym szeroko stosowane są nadajniki poziomu radarowego METRAVON?

A:Głównymi przyczynami są ich niezawodny projekt ochrony przed wybuchem oraz silna odporność na zakłócenia środowiska. Nadajniki poziomu promieniowania METRAVON są przeznaczone do wymagających zastosowań w obszarach niebezpiecznych, z nierozerwalnie bezpieczną i ognioodporną konfiguracją zabezpieczającą dostępną zgodnie z wymaganiami modelu. Jednocześnie pomiar mikrofali wysokoczęstotliwościowej 80 GHz zapewnia silną odporność na zakłócenia spowodowane wysokimi stężeniami pyłu, parą wodną, zmianami ciśnienia w środowisku oraz znacznymi zmianami temperatury, co zapewnia lepszą stabilność pomiaru w porównaniu z konwencjonalnymi technologiami radarowymi ultradźwiękowymi i niskoczęstotliwościowymi w wielu zastosowaniach górniczych.

P2: Jakie korzyści daje często modulowany radar ciągłej fali (FMCW) w pomiarach bunkra węglowego?

A:Radar FMCW w sposób ciągły transmituje sygnały przez cały cykl przeszukiwania częstotliwości i może zapewnić wysoki stosunek sygnałów do szumów. Węgiel i podobne materiały masowe mają często luźne, nachylone powierzchnie i mogą silnie tłumić odbicia mikrofalowe. Przetwarzanie sygnałów FMCW może pomóc w identyfikacji słabych, ale ważnych echa materiału i zmniejszyć prawdopodobieństwo "utraty Echo" w trudnych warunkach pomiarowych.

P3: Czy wysokie stężenie pary wodnej i kondensacji pod ziemią wpłynie na dokładność pomiaru poziomu radaru?

A:Sama para wodna ogólnie ma ograniczony wpływ na szybkość rozmnażania mikrofalowego. Jednakże, jeśli pary skondensują się w kropelki wody na powierzchni anteny radarowej, energia mikrofalowa może być atenuowana. Nadajniki poziomu radaru METRAVON mogą używać anten soczewek PTFE o właściwościach hydrofobowych. W połączeniu z odpornym na eksplozję pneumatycznym zespołem oczyszczania powietrza, w stosownych przypadkach, konstrukcja ta pomaga zmniejszyć wpływ kondensacji na pomiar.

P4: W jaki sposób odkształcenie fal odbitych spowodowane materialnym kątem wypoczynku powinno być obsługiwane w pomiarach bryłkowych?

A:Powierzchnia materiału nachylonego może odzwierciedlać część energii mikrofalowej w kierunku ściany silosu, a nie w kierunku anteny. Zalecane rozwiązania obejmują:

W celu ograniczenia rozpraszania należy zastosować nadajnik radarowy METRAVON 80 GHz o wąskim kącie wiązki wynoszącym około 3 °;

W trakcie instalacji należy zastosować regulowany kołnierz pomiarowy do regulacji kąta anteny radarowej, tak aby wiązka była skierowana bardziej prostopadle w kierunku nachylonej powierzchni materiału;

Włącz wewnętrzne funkcje śledzenia powierzchni lub fałszywego przetwarzania echa, jeśli jest obsługiwane.

P5: W jaki sposób kabel ze stali radar falowy może być chroniony przed nadmiernym napięciem lub uszkodzeniem podczas rozładunku materiału?

A:Podczas selekcji i instalacji należy uwzględnić następujące trzy punkty:

Obliczyć maksymalną siłę ciągnięcia wywieraną przez materiał na kabel i wybrać kabel ciężki o odpowiedniej wytrzymałości na zerwanie, np. powyżej 20 kN, jeżeli jest to wymagane przez zastosowanie;

Należy unikać instalacji radaru falowego bezpośrednio poniżej wlotu materiału lub w środku dolnego wylotu;

Stosować odpowiednią metodę montażu w zależności od warunków obciążenia mechanicznego, takich jak górne zawieszenie z wolnym zawieszeniem dolnym lub, w stosownych przypadkach, zaprojektowane elastyczne dolne urządzenie przytrzymujące.

P6: Jakie materiały mogą mierzyć inteligentne przekaźniki poziomu radaru?

A:Inteligentne przekaźniki poziomu radaru są szeroko stosowane do bunkrów węglowych w elektrowniach węglowych, silosów popiołu w elektrowniach, zbiorników do przechowywania kwasów i alkalicznych w zakładach petrochemicznych, zbiorników do gnojowicy, pojemników na rudy metalurgiczne oraz silosów z ziaren spożywczych. Zarówno nośniki przewodzące, jak i wiele niskodielektrycznych materiałów nieprzewodzących, takich jak lekkie produkty naftowe i proszki suche, mogą być mierzone przy wyborze odpowiedniej technologii radarowej i konfiguracji.

P7: W jakiej kolejności należy badać alarm "Utrata Echo" z nadajnika poziomu radaru?

A: Po pierwsze, sprawdzić, czy maksymalny poziom materiału wzrósł do strefy niewidocznej anteny;

Sprawdzić, czy na powierzchni anteny nagromadziła się gęsta, lepka pył lub wilgotna gnojowica węglowa;

Sprawdzić, czy ciśnienie dopływu powietrza jest normalne;

Sprawdzić napięcie zasilające przyrządu i odporność na izolację kabla ognioodpornego, w tym czy odporność na izolację utrzymuje się powyżej 20 MmbH.

Wniosek

Wybór nadajnika poziomu radaru górniczego wymaga pełnego rozważenia stopnia ochrony przed wybuchem, stałej dielektrycznej materiału, stężenia pyłu oraz wymiarów geometrycznych przestrzeni pomiarowej. Dla wysokopyłowych, dalekosiężnych podziemnych bunkrów węglowych i wysokowydajnych silosów Gangue, nadajniki radarowe FMCW 80 GHz zapewniają silne połączenie dokładności i stabilności. W przypadku wąskich pomieszczeń, materiałów stałych o niskiej dielektryczności lub zbiorników gnojowicy, radar fal z przewodnikiem (GWR) oferuje istotne korzyści techniczne.

Jako profesjonalny producent obsługujący aplikacje do sterowania procesami przemysłowymi i pomiarów górnictwa, METRAVON zapewnia pełny zakres radiolokatorów odpornych na eksplozję oraz wskazówki dotyczące wyboru pola dla klientów w światowym przemyśle górniczym, metalurgicznym i energetycznym. W celu uzyskania dokumentów certyfikacyjnych dotyczących eksplozji górnictwa, arkuszy danych technicznych lub zamówień na projekty prosimy o kontakt z zespołem inżynieryjnym METRAVON.

Zasoby powiązane

Liczniki poziomu radaru · Pomiar poziomu

Autor: Arvin · Source: METRAVON Instruments