腐蚀性泡沫工况下雷达液位计如何稳定测量？——化工罐应用案例解析

一、项目背景与行业工况

在精细化工、医药中间体及部分新能源材料生产过程中，腐蚀性液体伴随大量泡沫生成是一种非常典型、却又极具挑战性的工况。这类工况普遍存在于反应后缓冲罐、中间储罐、气液分离罐以及洗涤塔循环罐等设备中，液位测量的可靠性直接关系到工艺稳定性和装置安全。

宁波精细化工的装置用于生产高附加值有机化学品。反应完成后，物料进入一台反应中间缓冲罐（Intermediate Holding Tank），用于暂存、脱气并向下游连续输送。该罐长期存在强腐蚀性介质 + 持续泡沫层 + 工况波动频繁的特点，液位测量一直是装置运行中的难点。

二、罐体结构与具体工况说明

该设备为立式圆筒结构碳钢衬氟罐，容积约 12 m³，顶部设有进料口、放空口和仪表接口，底部连接输送泵。其主要工况特征如下：

• 介质特性
物料为含有机酸与溶剂的混合液，腐蚀性强，对金属和密封材料要求高
反应残余表面活性物质导致液面持续生成泡沫

• 泡沫特征
泡沫层厚度不稳定，通常在 100–300 mm 之间波动
泡沫密度低、结构松散，但会覆盖真实液面

• 温度与压力
常年运行温度约 70–95 ℃
常压或微正压工况

• 工艺要求
液位用于联锁控制输送泵启停
防止罐体溢流及泵空转
要求信号连续、稳定，不允许频繁误报警

三、原有测量方案的问题

项目初期，该中间罐采用投入式液位计 + 防腐护套的测量方案。然而在长期实际运行过程中，该方案逐步暴露出多方面问题。

首先，泡沫对测量的干扰十分明显。运行过程中，中间罐内液体表面长期覆盖泡沫，投入式液位计探头易被泡沫包裹，导致压力传递失真，液位信号出现频繁波动和漂移，测量稳定性难以保证。

其次，腐蚀性介质加速了仪表老化。尽管选用了防腐材质并加装护套，但在高腐蚀性工况下，传感器膜片仍不可避免地出现老化现象，零点逐渐漂移，仪表需要定期校准甚至更换，维护频率和成本持续上升。

此外，清洗与结垢对长期运行稳定性造成影响。装置在定期清洗或工况切换过程中，仪表往往需要拆卸或重新标定，不仅增加了现场维护工作量，也对连续生产运行造成干扰。

同时，误报警风险较高。在泡沫突然增多或工况波动时，液位信号容易出现异常跳变，曾多次触发液位误报警，导致泵误停，影响装置正常运行。

上述问题的叠加，使得液位测量逐渐成为该装置稳定运行中的薄弱环节，也成为后续测量方案优化的主要原因。

四、测量方案优化思路

针对上述问题，业主在技术改造中明确提出三点核心需求：

• 测量方式必须避开介质腐蚀与泡沫直接接触

• 液位信号不受泡沫层频繁变化影响

• 满足连续运行工况，降低维护与人工干预

在综合评估浮球、导波雷达、差压及高频雷达等多种方案后，最终选用JWrada® 系列 FMCW 雷达液位计，用于该腐蚀性泡沫工况下的连续液位测量。

五、雷达液位计技术方案说明

JWrada® 雷达液位计支持远程调试、回波分析，软件自主研发，维护方便

本项目最终选用 JWrada® 系列雷达液位计 作为中间罐液位测量方案，主要基于其在腐蚀性、泡沫型工况下的稳定性与长期可靠性。该仪表在测量原理、结构形式及软件系统层面，均针对复杂化工工况进行了系统性优化。

在测量原理上，JWrada® 雷达液位计采用 FMCW（调频连续波）雷达技术，通过发射高频电磁波并对回波信号进行频差分析，精确识别真实液面位置。相较于压力式或接触式测量方式，该原理不依赖介质密度与物性参数，对液体表面存在泡沫、波动或扰动的工况具有更强的适应能力。在本项目中，即便中间罐内泡沫层厚度和形态随反应阶段变化，仪表仍能稳定区分泡沫反射与真实液面回波，避免液位信号虚高或漂移。

在结构形式上，仪表采用 非接触式测量 方案，雷达天线不与介质直接接触，从根本上避免了腐蚀性介质对传感器本体的侵蚀问题，也消除了结垢、污染对测量精度的长期影响。这一特点显著降低了维护频率和备件消耗，特别适合连续运行、清洗周期较短的化工反应中间罐工况。

针对泡沫与液面扰动并存的实际工况，JWrada® 雷达液位计结合 回波学习机制与信号识别算法，可对罐内固定结构、进料扰动以及泡沫层反射进行区分和屏蔽，从而保持液位信号的连续性与平滑性。这一特性在中间罐液位频繁小幅波动的运行条件下尤为关键，有效避免了误报警和误联锁动作。

JWrada® 雷达液位计适应波动液位环境，测量稳定，随时监控各项数据（该功能可选配）

在可靠性方面，雷达液位计无机械运动部件，不存在膜片老化、零点漂移等问题，长期运行稳定性明显优于投入式液位计或浮子类仪表，适合化工装置全年连续运行的管理要求。

本项目中，仪表采用 顶部安装方式，并配置适用于小口径接管的高性能天线结构，在有限安装空间内仍可获得清晰、稳定的回波信号，满足现场结构条件限制。

此外，JWrada® 雷达液位计具备完善的软件系统优势，包括 软件更新、工况调试、参数设置及故障码查看 等功能。通过云服务器，工程师可与现场人员进行一对一远程调试，实时查看并分析回波曲线与 EFT 曲线，实现快速诊断和参数优化。上述软件功能均为自主研发，在国内同类产品中具有明显差异化优势，也为装置后期运行提供了更高的可维护性与技术支持能力。

六、安装调试与参数优化

在现场调试阶段，完成了以下工作：

• 建立液面回波学习模型，屏蔽罐内结构与泡沫干扰

• 优化回波滤波与阻尼参数，提高信号平滑度

• 设置合理的高低液位报警点，与泵联锁系统联动

• 将 4–20 mA 信号接入 DCS，实现连续监控

调试完成后，即使在泡沫快速生成或消散的工况下，液位曲线依然连续、无跳变。

七、运行效果与工程价值

雷达液位计投入运行后，现场运行情况逐步稳定，测量效果得到验证。

在连续生产条件下，液位信号保持良好一致性，长期运行过程中未出现明显漂移现象；液位变化能够真实反映罐内工况，信号连续、平稳。受此影响，相关泵组运行状态明显改善，运行过程中未再出现因液位误判导致的误停、空转等情况。

同时，由于液位控制更加可靠，中间罐发生溢流的风险得到有效控制，装置运行安全裕度明显提升。与原有测量方案相比，仪表日常维护和校验工作量显著减少，基本不再需要因测量问题频繁介入现场处理。

业主在运行评估中认为，该雷达液位计较好地解决了腐蚀性泡沫工况下长期存在的测量不稳定、可信度不足、维护频繁等问题，为装置实现连续、稳定、安全运行提供了可靠的液位数据支持。

八、案例总结

在存在腐蚀性介质与泡沫并存的工况下，传统接触式液位测量方式往往难以兼顾可靠性与长期稳定性。通过在本项目中引入 JWrada® 雷达液位计，成功实现了对反应中间罐液位的连续、稳定测量。

该案例表明，在复杂化工工况中，选择合适的雷达液位测量方案，是提升装置运行可靠性、降低维护成本、保障生产安全的重要技术手段。