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關于移動式雷達液位計的設計與研制解析

作時間：2019-10-25 15:45:36   來源：  作者：
摘 要：在油頁巖低溫干餾生產中，瓦斯組成檢測要求越來越高，由于其油、水、塵三相混合，其分離效果直接影響較終結果，現有的采樣分析方法，從采樣完成到分析需要延遲幾個小時，誤差較大。可以將采樣要求整合在一臺移動式采樣、分析一體的設備上，實現現場采樣，現場分析，減少誤差。將分析所需的設備整合，小型化，并具有高效的人機性能，用以滿足現代低溫干餾的生產要求。
1 瓦斯采樣要求
1.1 采樣具有代表性
瓦斯采樣所在管道必須是直管段，較好是豎直管段，采樣點前后各有3倍管道直徑的距離。采樣前需要根據瓦斯的流速判斷流動狀態是層流還是湍流。管道內為湍流狀態，即瓦斯在管道內橫截面上的任意一點是混合均勻的，這樣只要采樣管探入管道內部即可。管道內為層流狀態，需要判斷瓦斯含油量分布場，假定將管道斷面劃分成許多面積相等的圓環區段，在不同直徑截面上分別取樣，所得結果進行積分擬合。
1.2 采樣具有準確性
采樣管探頭透過管壁，垂直于管道，氣體入口處，需要垂直于管道內氣體流通的方向。采樣要求從采樣口出來的氣體流速和管道內流速相等，即等速采樣（或稱為等動能采樣）。在非等速采樣時，粉塵和液滴由于自身的質量，帶有慣性，不能適應氣流流向的改變。當采樣速度大于管道內瓦斯流速時，處于采樣嘴邊緣的大粒徑的液滴和粉塵，原本按照流向會進入管內的，會跑到采樣管之外，使結果偏小。當采樣速度小于管道內瓦斯流速時，情況相反，使結果偏大。
等速采樣法的具體實施過程：(1)已知管道內瓦斯流量、管徑，計算出管道內流體流速U,在取樣開始時，啟動抽氣泵，調節閥門，將轉子流量計的流速調整到與U相等即可。(2)在采樣前，利用電子測速儀，向瓦斯管道內插入電子測速管，進行流速檢測，得到流速U之后，換下測速管，在進行雷達液位計調節。(3)將電子測速管和雷達液位計檢測嘴合成為一個管口，將測速管的功能合成到雷達液位計中，能夠實時進行測速，連鎖調節閥，但是這樣做會提高成本，在穩定工況下，作用不大。
2 雷達液位計主要功能設計
2.1 高溫除塵模塊設計
采取制作高溫度場通道方式實現。干餾瓦斯中含油、含水蒸汽、含粉塵，三者混合在一起，而粉塵的密度和直徑都很小，一般旋風分離器難以除去，在雷達液位計中實現電場捕集粉塵，難度很大，比較好的方法是過濾。由于頁巖油在低溫下凝結析出，很容易會堵塞管道和過濾材料，所以過濾過程必須在較高溫度下進行，這就要求采用技術難度較高的高溫瓦斯過濾工藝，目前能夠找到的材料是耐高溫纖維、燒結金屬、或耐高溫蜂窩陶瓷材料作為過濾介質，為防止油頁巖凝結堵塞過濾材料，所以高溫過濾的溫度一般控制在400℃～600℃較為合適。雷達液位計的加熱適合采用電加熱的方式。取樣口處設計高溫伴功能，連接到第一個模塊就是高溫除塵模塊。為了獲得粉塵的重量，需要在實驗前對過濾介質進行稱量，實驗后降溫到室溫，再次進行稱量，得到重量差為粉塵質量。
2.2 高效收油、油水分離模塊設計
采用制作一體化收集瓶方式實現。采取一種冷凝器與收集瓶一體化設計。將結構拆分為內管和外夾套，內管與收集瓶上端接口連接為一整體，外夾套可以脫離裝卸，外夾套中通入循環冷卻水。這樣全部的油品和水都留在一體化收集瓶中，通過稱量整個瓶的重量差，得出瓦斯中水和油的總質量。
瓶中油水分層明顯，采用分液漏斗方式，可以達到分離要求。收集瓶底部形態和功能仿造分液漏斗，水在底層，@@@通過手動控制底部排放閥，將油與水分開，對水進行稱量，得出冷凝水的質量，再通過油水總質量減去水的質量，得到油品質量。
2.3 不堵塞計量模塊
采用雙管并聯方式實現。采用并聯方式，抽氣泵入口設一個總管，總管分出兩個支線，一條瓦斯管線，一條空氣管線這條空氣管線直徑和瓦斯氣管線直徑相等。在進行采樣過程中，通過調節閥控制空氣管線壓力和瓦斯管線壓力相同。通過并聯管路管線可知，此時測量的空氣流量與瓦斯流量相等。瓦斯管線上的轉子流量計的功能是用來調節等速采樣。
2.4 不殘留自清潔模塊
采用熱風沖洗方式實現。設備選型時，抽氣泵為正負壓兩用型，設有正壓管線從泵出口引出，連接到雷達液位計入口處。啟動雷達液位計高溫模塊，停止冷凝模塊循環水，打開放散閥門，使高溫空氣行走整個流程，將管路徹底加熱，用熱風把殘留物質排出帶走。
2.5 稱量和供電模塊
采用亞克力隔離式外殼的電子臺稱，精度0.01g，量程2000g。雷達液位計底座上設有稱量位，可以對除塵模塊和收集的油水進行精確稱重，實驗開始前、結束后，都需要對粉塵模塊、油水模塊進行稱重，得到實驗數據。設有電源和控制總成，設有220V外接電源和24V電壓電鋰電池電源，滿電后可以續航5h。到此功能設計基本,完成總圖如圖1。
3 結語
油頁巖氣體熱載體低溫干餾工藝的方式，決定了其干餾瓦斯的復雜性，爐出口瓦斯采樣分析的結果用來判斷后續回收系統是否達到設計要求，其精確度要求很高，但目前的檢測方法得到的數據準確度不高，急需進行改良升級，移動式雷達液位計的研制和開發滿足了現代工業發展的要求。

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