80 GHz radaro savybės ir taikymas: elektrinių atvejo tyrimas

Anotacija

Šiame dokumente pateikiama nuodugni 80 GHz radaro, kaip pažangios lygio matavimo technologijos, veikimo principų analizė, pabrėžiant unikalius jo pranašumus, palyginti su tradiciniais mikrobangų radarais. Jame išsamiai aptariamos pagrindinės 80 GHz radaro techninės savybės ir parodomas jo patikimumas bei praktiškumas sudėtingoje pramoninėje aplinkoje, naudojant realų-pasaulio pritaikymą tipiškuose elektrinės scenarijuose (pvz., katilo būgne, žalios anglies silosuose ir desulfuravimo srutų rezervuaruose). Studijoje pateikiamos techninės nuorodos, kaip išmaniai atnaujinti elektrinių lygio matavimo sistemas.

 

1. Apžvalga

Energetikos pramonei pereinant prie efektyvumo, švaros ir išmaniųjų technologijų, elektrinės reikalauja didesnio tikslumo, stabilumo ir pritaikomumo lygio matavimo sistemose. Nors lygio matavimo technologijos išsivystė nuo ankstyvųjų rankinio tikrinimo metodų, pvz., plūduriuojančio tipo ir diferencinio slėgio matuoklių iki tradicinių mikrobangų radarų (pvz., 26 GHz dažnių juostos), šios sistemos vis dar susiduria su iššūkiais ekstremaliomis veikimo sąlygomis. Esant aukštai -temperatūrai / aukštam-slėgiui, dulkėtoms garų atmosferoms ir intensyviems elektromagnetiniams trukdžiams, jie ir toliau kenčia nuo problemų, tokių kaip didelės matavimo aklos zonos, silpnas atsparumas trukdžiams ir dažni duomenų svyravimai.

80 GHz radaro lygio matuoklis pakeitė tradicines matavimo technologijas dėl didesnio veikimo dažnio, siauresnio spindulio kampo ir puikių signalų apdorojimo galimybių. Sukurtas naudojant aukšto-dažnio radaro technologiją, jis pasiekia kokybinį signalo fokusavimo, atsparumo trukdžiams ir prisitaikymo prie sudėtingos laikmenos šuolį. Dabar pereikime prie kritinės elektrinės įrangos lygio stebėjimo-sprendimo (pvz., katilų, anglių silosų ir sieros pašalinimo sistemų), ši technologija veiksmingai užpildo atotrūkį tarp tradicinių specialių elektrinių scenarijų.

2. Pagrindinės 80 GHz radaro savybės

2.1 Spindulio kampas yra labai siauras ir turi stiprią anti- trukdžių galimybę

80 GHz radaras veikia tris kartus didesniu dažniu nei tradiciniai 26 GHz radarai. Elektromagnetinių bangų sklidimo principai diktuoja, kad aukštesni dažniai lemia siauresnius spindulio kampus. Įprasti 80 GHz radarai gali pasiekti net 3 laipsnių spindulio kampą (palyginti su 8 laipsniais -12 laipsnių 26 GHz modeliuose), todėl galima tiksliai nukreipti medžiagos paviršius ir veiksmingai išvengti trukdžių iš bako vidinių dalių, tokių kaip maišytuvai, atramos ir vamzdynai. Ši padidinta skiriamoji geba žymiai sumažina triukšmo trukdžius. 80 GHz radaras gali prasiskverbti į dulkių debesis elektrinių anglies silosuose net ir esant netaisyklingoms nuosėdoms, kurias sukelia anglies srauto smūgiai, kad tiksliai užfiksuotų lygio atspindžio signalus ir pašalintų kliūčių sukeltus matavimo nuokrypius.

2.2 Didelis matavimo tikslumas ir minimalus aklas plotas

Dėl trumpo -bangos ilgio aukšto dažnio signalų (80 GHz radaro bangos, kurių bangos ilgis yra maždaug 3,75 mm, ir 26 GHz radaro bangos, kurių bangos ilgis yra maždaug 11,5 mm) bangos ilgio charakteristikos leidžia jautriau aptikti lygio pokyčius ir pasiekti ± 7 reikšmingą matavimo tikslumą. ±5 mm tradicinių mikrobangų radarų tikslumas. Be to, 80 GHz radaras demonstruoja patobulintas artimojo lauko{11}}matavimo galimybes, o mažiausia matavimo akloji zona valdoma 20 mm atstumu. Tai ypač tinka įrangai, kuriai reikalingas tikslus skysčių lygio stebėjimas, pavyzdžiui, katilų būgnams ir deaeratoriams elektrinėse. Pavyzdžiui, reguliuojant būgno vandens lygį, net nedideli ±5 mm svyravimai gali turėti įtakos katilo efektyvumui. Didelio-tikslumo matavimai, kuriuos teikia 80 GHz radaras, užtikrina vandens lygio reguliavimo sistemų{19}}laiką patikimų duomenų palaikymą.

2.3 Puikus atsparumas dulkėms ir garams

Elektrinių aplinkoje, pavyzdžiui, žalios anglies silosuose ir lakiųjų pelenų saugyklose, kur kaupiasi daug dulkių, tradicinės radarų sistemos susiduria su veikimo iššūkiais. Sieros šalinimo ir denitrifikacijos sistemos generuoja aukštos-temperatūros garus, dėl kurių antena gali užsiteršti ir trukdyti signalui, dėl ko gali atsirasti matavimo gedimų. 80 GHz radaras išnaudoja savo aukšto-dažnio signalo prasiskverbimo galimybę kartu su anti-dulkių antenomis (pvz., PTFE-dengtomis antenomis), kad išlaikytų stabilų veikimą aplinkoje, kurioje dulkių koncentracija iki 50 g/m³. Naudojant aukštą{11}}temperatūros garą, jo signalo sklidimas išlieka minimaliai paveiktas dielektrinių konstantų svyravimų. Net 150 laipsnių 0,8 MPa prisotinto garo sąlygomis jis užtikrina nuoseklų matavimo duomenų stabilumą, veiksmingai sprendžiant „signalo praradimo“ problemą, su kuria susiduria tradiciniai radarai drėgnoje jėgainių aplinkoje.

2.4 Puikus atsparumas temperatūrai ir slėgiui

Kritinės elektrinės įranga (pvz., katilų būgnai ir{0}}aukšto slėgio šildytuvai) dažnai veikia esant ypač aukštai{1}}temperatūrai ir aukštam{2}slėgiui (temperatūra viršija 400 laipsnių, slėgis viršija 10 MPa). 80 GHz radaras, kuriame naudojamos specializuotos antenos medžiagos (pvz., aukštos temperatūros lydiniai) ir sandari konstrukcija, pasiekia temperatūros diapazoną nuo -40 laipsnių iki 450 laipsnių, o didžiausias atsparumas slėgiui yra 40 MPa, visiškai atitinkantis aukštos{14}}temperatūros ir aukšto slėgio{16} įrenginių matavimo reikalavimus. Pavyzdžiui, stebint didelio slėgio

2.5 Suderinamas su įvairiais diegimo scenarijais ir lengvai derinamas

80 GHz radaras pasižymi kompaktiška konstrukcija ir įvairiomis montavimo galimybėmis, įskaitant viršutinę ir šoninę instaliaciją, suderinamą su įvairiomis jėgainės talpyklomis, tokiomis kaip cilindriniai žalios anglies silosai, kvadratiniai desulfuravimo srutų rezervuarai ir sferiniai deaeratoriai. Pradėjus eksploatuoti, nebereikia ištuštinti bako ar kalibruoti medžiagų. Prisijungę prie derinimo terminalo naudodami HART arba Modbus ryšio protokolus, operatoriai tiesiog įveda pagrindinius parametrus, pvz., bako aukštį ir vidutinį tipą, o po to įrenginys automatiškai užbaigia signalo kalibravimą. Tai žymiai sumažina įrengimo ir paleidimo laiką, - pvz., 30- metrų aukščio žaliavinės anglies silosui elektrinėje tradiciškai prireikė 2–3 dienų radaro derinimui, o 80 GHz radaras užbaigia montavimą ir kalibravimą vos per 2 valandas, taip sumažinant ekonominius nuostolius dėl gamyklos prastovų.

3. 80 GHz radaro palyginimas su tradiciniu mikrobangų radaru (pavyzdžiui, naudojant 26 GHz)

3.1 Tradicinis 26 GHz mikrobangų radaro principas

Tradicinės 26 GHz mikrobangų radarų sistemos matuoja medžiagų lygį skleisdamos žemo -dažnio elektromagnetines bangas (maždaug 11,5 mm bangos ilgio) ir skaičiuodamos sklidimo trukmę po atspindžio nuo vidutinių paviršių. Tačiau jų žemo dažnio Grįžtamo signalo stiprumas paprastai sumažėja iki 1–3% perduodamos energijos. Kai terpės dielektrinė konstanta nukrenta žemiau 2,5 (kaip ir sausuose anglies milteliuose), efektyvūs atspindžio signalai tampa nepasiekiami, o tai galiausiai lemia matavimo gedimą.

3.2 80GHz radaro principas

80 GHz radaras veikia pagal laiko domeno atspindžio (TDR) principą ir sklidimo metu skleidžia aukšto -dažnio elektromagnetines bangas (maždaug 3,75 mm bangos ilgio) su koncentruota energija. Šios bangos pasižymi siauru spindulio kampu ir stipria prasiskverbimo galia. Kai signalai pasiekia dielektrinius paviršius, staigūs dielektrinių konstantų pokyčiai sukelia atspindžius ir sukuria grįžtamuosius signalus, kurie gali pasiekti 8 %-12 % perduodamos energijos. Pažymėtina, kad net mažų konstantų dielektrinėse medžiagose (pvz., sausuose lakiuosiuose pelenais) aiškūs atspindžio signalai išlieka aptinkami. Be to, radaras naudoja dinaminę signalo filtravimo technologiją, kad pašalintų dulkių ir garų keliamą triukšmą realiuoju laiku, o tai žymiai padidina signalo stabilumą. Ši naujovė veiksmingai sprendžia matavimo iššūkius, su kuriais susiduria įprasti radarai sudėtingose ​​jėgainių aplinkose.

4. 80GHz radaras elektrinėse

4.1 1 atvejis: elektrinės katilo vandens lygio stebėjimas garo būgne

300MW anglimi-kūrenamoje elektrinėje garo būgne matuoti jau seniai naudojami slėgio skirtumo lygio matuokliai, kurie turi šias problemas: dėl garo svyravimų būgne susidaro nestabilus diferencinio slėgio signalas, o skysčio lygio matavimo nuokrypis siekia ±20 mm; slėgio skirtumo siųstuvą lengva sugadinti esant aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui, o metinės priežiūros laikas viršija 5 kartus, todėl priežiūros išlaidos yra didelės.

80 GHz radaro lygio matuoklis, aprūpintas aukštai -temperatūros lydinio antenomis ir slėgiui-atspariomis sandarinimo konstrukcijomis, skirtas garo būgno aplinkai esant 350 laipsnių ir 18 MPa. Jo 3 laipsnių spindulio kampas tiksliai išvengia kliūčių, pvz., garų{7}}vandens separatorių ir būgno nuleidimo vamzdžių, todėl matavimo tikslumas yra ±1 mm, kai skysčio lygio svyravimai yra mažesni nei ±3 mm. Tai užtikrina tikslų katilo vandens lygio automatinio reguliavimo sistemos duomenų palaikymą. Po vienerių metų eksploatavimo įrenginiai išlaikė nulį gedimų, 90% sumažino priežiūros išlaidas, 0,5% pagerino katilo šiluminį efektyvumą ir kasmet sutaupo apie 120 tonų standartinės anglies.

4.2 2 atvejis: Anglies saugyklos lygio stebėjimas elektrinėje

Šiluminės elektrinės keturiuose 30 -metrų- aukščio cilindriniuose žalios anglies silosuose anksčiau lygiui matuoti buvo naudojamas 26 GHz mikrobangų radaras. Tačiau dėl didelės dulkių koncentracijos (vidutiniškai 30 g/m³ per dieną) ir netaisyklingų medžiagų paviršių, atsiradusių dėl anglies srauto smūgių, radaras dažnai aptikdavo „signalo praradimą“ arba „klaidingų pranešimų apie lygį“ atvejus, kai kasdien buvo pranešama daugiau nei 3 kartus. Tai lėmė dažnus anglies tiekimo sistemos paleidimo-sustabdymo ciklus, sutrikdžiusį stabilų gamyklos anglies tiekimą.

Atnaujintoje 80 GHz radaro sistemoje yra anti-dulkių lipni antena, kuri veiksmingai apsaugo nuo medžiagų kaupimosi. Jo 3 laipsnių siauras spindulio kampas tiksliai prasiskverbia į dulkes-koncentruotus paviršius ir išlaiko tikslų lygio matavimą net 15 laipsnių įkalnėje. Įrangoje naudojamas "medžiagų srauto kompensavimo algoritmas", kuris automatiškai filtruoja trumpalaikius signalo svyravimus, kuriuos sukelia anglies srauto smūgiai, užtikrinant matavimo tikslumą ±5 mm. Nuo tada, kai sistema buvo įdiegta prieš šešis mėnesius, nebuvo gauta nulio klaidingų pavojaus signalų, 60 % sumažėjo anglies tiekimo sistemos paleidimo{9}}sustabdymo ciklai ir žymiai sumažėjo anglies siloso užsikimšimo ir tuščių saugyklų rizika. Šie patobulinimai stabilizavo kuro tiekimą jėgainei.

 

 

4.3 3 atvejis: skysčio lygio stebėjimas elektrinės desulfuravimo srutų rezervuare

Superkritinės{0}}anglį kūrenamos elektrinės desulfuravimo sistemoje yra dvi 15- metrų aukščio talpyklos, kuriose yra gipso srutos (20 % koncentracija) ir 40–60 laipsnių sočiųjų garų. Tradiciniai ultragarsiniai lygio matuokliai reikalauja kas mėnesį keisti zondą dėl srutų korozijos ir garų trukdžių, o matavimo duomenys svyruoja ±100 mm, o tai turi įtakos desulfuravimo efektyvumo reguliavimui.

80 GHz radaro lygio matuoklis turi korozijai{1}}atsparią anteną (PTFE danga + Hastelloy medžiaga), kuri yra atspari srutų korozijai. Jo aukšto dažnio Įrangai nereikia reguliariai keisti zondo, o kasmetinė priežiūra sumažinama iki vieno apsilankymo – priežiūros išlaidos sumažinamos 95%. Tikslūs lygio duomenys leidžia tiksliai reguliuoti nusierinimo srutų cirkuliacinio siurblio greitį, išlaikant daugiau nei 98 % sieros pašalinimo efektyvumą, kad atitiktų aplinkos išleidimo standartus. Ši sistema veiksmingai apsaugo nuo desulfuravimo agento atliekų, atsirandančių dėl netinkamo lygio valdymo, ir sutaupo maždaug 8 tonas sieros šalinimo agento per mėnesį.

5. Išvada

80 GHz radaro lygio matuoklis, pasižymintis siauru spindulio kampu, dideliu tikslumu, stipria anti-interferencine galia ir puikiu atsparumu temperatūrai bei slėgiui, puikiai tinka matavimams elektrinėse, kuriose yra aukšta-temperatūra, aukštas-slėgis, dulkės{4}apkrautos garais ir sudėtinga terpės aplinka. Jis veiksmingai sprendžia tradicinių matavimo technologijų, naudojamų elektrinėse, problemas. Nuo didelio-tikslios skysčio lygio kontrolės katilų būgnuose iki dulkių aplinkos stebėjimo anglies silosuose ir korozijai -atsparių matavimų nusierinimo srutų rezervuaruose – šis radaras ne tik padidina lygio matavimo elektrinėse patikimumą, bet ir padeda pasiekti daugybę tikslų, įskaitant sumažintas įrangos priežiūros išlaidas, geresnį energijos vartojimo efektyvumą ir aplinkos išmetimo standartų laikymąsi.

Kadangi elektrinėse vyksta pažangi transformacija, 80 GHz radaro integravimas su daiktų internetu ir didžiųjų duomenų technologijomis,{1}}pvz., nuotolinis duomenų perdavimas per GPRS/5G, skirtas realiuoju laiku-medžiagų ir skysčių lygio stebėjimui ir nuspėjamajai priežiūrai-, žymiai išplės jo taikymo scenarijus, užtikrinant tvirtą techninę paramą saugiam, stabiliam jėgainių veikimui ir ekologiškam vystymuisi.