Solidat 3D レーダー レベル メーター: 機能と用途 - 石炭火力発電所のケーススタディ

抽象的な

このペーパーでは、レベル測定技術における 3D レーダー レベル メーターに焦点を当て、その応用原理を説明し、従来のレーダーと 3D レーダーのコア機能を比較します。これは、石炭火力発電所における Solidat の 3D レーダー レベル メーター製品の実用化効果を強調しており、石炭火力発電所におけるレベル測定の課題に対するリファレンス ソリューションを提供します。

キーワード

レベルゲージ; 3Dレーダー;石炭火力発電所。物質レベルの測定。粉塵環境

1. 概要

石炭産業のインテリジェントな変革が加速するにつれ、石炭火力発電所では、物質レベル測定における精度、安定性、スマート ソリューションに対する需要が大幅に増加しています。手動検査、超音波レベル計、従来のレーダー レベル計などの従来の方法は、顕著な制限に直面しています。手動検査は非効率的で安全ではないため、サイロのダイナミクスのリアルタイム監視が困難になります。-超音波レベルメーターは石炭粉塵の干渉を受けやすく、その結果、信号が大幅に減衰し、測定誤差が大きくなります。従来のレーダーレベルメーターは粉塵の干渉を部分的に軽減しますが、複雑なサイロ条件（アーチ、材料の偏り、デッドゾーンなど）を包括的にカバーするのに依然として苦労しており、多くの場合、生産スケジュールや在庫管理を混乱させる材料レベルの誤った判断につながります。

さまざまなレベル測定技術の中で、3D レーダー レベル メーターが革新的な技術として登場しました。-マルチビーム スキャンと 3D イメージング機能を活用することで、従来の方法の空間的制限を克服し、サイロ内の材料分布を明確に視覚化します。これらのシステムは、正確なレベル測定を提供するだけでなく、材料の体積、質量、杭の形態をリアルタイムで監視することも可能にします。{6}}石炭火力発電所におけるインテリジェントなレベル測定の頼りになるソリューションとして、複雑なサイロ環境における従来の技術によって生じたギャップを効果的に埋めます。

2. レーダー技術の特徴

2.1 従来型レーダー（マイクロ波レーダー、従来型導波レーダーを含む）の特徴

単一測定次元: 材料レベルの高さデータのみを取得できますが、サイロ内の材料の水平分布を認識することはできません。石炭サイロでは一般的な「材料偏差」と「アーチ」現象に直面しており、サイロ内の実際の空容積を特定することができず、在庫計算に偏差が発生しやすいです。

限定された粉塵干渉耐性: 高濃度の石炭粉塵環境では、マイクロ波レーダー信号が散乱し、減衰する傾向があります。-粉塵濃度が 50g/m3 を超えると、信号の反射強度が大幅に低下し、測定精度が大幅に低下します。従来の波導波レーダーシステムは粉塵の干渉を受けにくい一方で、そのプローブは石炭粉塵の付着の影響を受けやすいです。長期間使用すると、蓄積した堆積物によって信号のドリフトが発生するため、頻繁な清掃とメンテナンスが必要になります。

対象範囲が限られている: 従来のレーダーは、ほとんどがシングル ビームまたはナロー ビーム設計であり、サイロ内の「点」または「線」のみを測定でき、サイロ全体の物質レベルの状態を完全に捕捉することはできません。{0}直径が 8 メートルを超える大型の石炭サイロの場合、予備的なカバレッジを達成するには複数のデバイスを組み合わせて設置する必要があり、これにより機器のコストとデバッグの難易度が増加します。

2.2 3Dレーダーの特徴

3D パノラマ イメージング: マルチビーム アレイ技術を利用したこのシステムは、20-30- 個の高周波レーダー ビームを同時に放射し、原料サイロ内の 360 度の水平領域と 0 ～ 90 度の垂直角の両方をカバーします。信号ステッチングとデータ再構築を通じて、サイロ内の材料のリアルタイム 3D 画像を生成し、空のサイロ内のスタッキング パターン、アーチ位置、材料の偏り度、死角を明確に表示します。これにより、「不可視性と不正確な測定」という従来のレーダーの制限が効果的に解決されます。

防塵および過酷な環境への耐性: 3D レーダーは特殊な信号変調技術を採用しており、5-10mW の出力 (従来のマイクロ波レーダーの 5 ～ 10 倍) で信号を放射します。最適化された波長設計は石炭粉塵の粒子特性に特に適合し、信号散乱損失を最小限に抑えながら高濃度粉塵 (最大 100g/m3) の透過を可能にします。 IP67 定格の保護を備えたこの装置は、極端な温度 (-40 度から 80 度) や腐食に耐えることができるため、湿気、粉塵、温度変動が一般的な課題となる石炭火力発電所のサイロに最適です。

マルチパラメータ同期測定: 正確な材料レベルの高さ測定 (精度 ±5 mm、分解能 1 mm) に加えて、3D 画像に基づいて材料の体積 (誤差 2% 以下) と質量 (石炭嵩密度のプリセット機能と組み合わせて) を計算することもでき、手動で変換することなく在庫レポートを自動的に生成します。これにより、石炭火力発電所の在庫管理と生産スケジューリングに直接データがサポートされ、手動による統計エラーが削減されます。

低メンテナンスとインテリジェントな診断: このデバイスには機械的な可動部品がないため、従来の波導波レーダー プローブにおける材料の蓄積や機械的摩耗などの問題が排除されます。年間メンテナンスが 1-2 回に削減されます。 -インテリジェントな診断機能が組み込まれており、リアルタイムの動作ステータス (信号強度、ビーム完全性、通信リンクなど) を監視します。信号の異常や機器の故障が発生すると、中央制御システムに自動的にアラートが送信され、ダウンタイムのリスクが大幅に軽減されます。

複雑なサイロ構造に適応：円形、正方形、長方形など様々な形状の石炭サイロの測定に対応します。パラメータ設定により、サイロ内のはしごや混合装置などの障害物に対応し、干渉信号を自動的にフィルタリングすることができ、追加のシールド装置は必要ありません。さまざまな石炭プラントサイロ（原石炭サイロ、精製石炭サイロ、石炭スラリーサイロなど）の測定ニーズに対応します。

3. 従来レーダーと3Dレーダーの原理

3.1 従来のレーダー

従来のマイクロ波レーダー システムは、単一の高周波（GHz 範囲）の電磁ビームを放射することで動作します。{0}彼らは、反射信号の伝播時間を使用して（光の速度に相当する電磁波の速度に基づく）物質レベルの高さを次の式で計算します。物質レベルの高さ=(電磁波の伝播速度 × 反射時間) / 2。しかし、石炭火力発電所のサイロでは、高濃度の石炭粉塵が電磁波の多重散乱を引き起こします。信号の一部は塵粒子によって吸収され、その結果、受信アンテナに戻る有効な信号エネルギーは、送信されたエネルギーのわずか 0.5% ～ 1% になります。これにより、多くの場合、「反射信号がない」または「誤った反射信号」の問題が発生します。従来の波導波レーダー システムは、塵の干渉を減らすために導波管 (スチール ケーブル/ロッド) を使用しますが、その信号は導波管の経路に沿ってのみ伝播します。この制限により、サイロ領域を水平にカバーすることができなくなり、プローブロッド上に物質が蓄積すると導波管のインピーダンスが変化し、測定誤差が生じる可能性があります。

3.2 3Dレーダー

3D レーダーは、マルチビーム タイム ドメイン反射率測定法 (マルチビーム TDR) と 3D データ再構成技術に基づいて動作し、次のような基本原理を備えています。-

マルチビーム送受信: レーダー アンテナ アレイは複数の高周波 (24GHz) 電磁ビームを同時に放射します。-各ビームはサイロ内の材料表面を事前に設定された角度 (横方向の間隔 1 度 -2 度、縦方向の範囲 0 ～ 90 度) でスキャンし、「表面のような」範囲を作成します。受信アンテナは各ビームからの反射信号を同期して捕捉し、各ビーム グループの伝播時間と信号強度を記録します。

信号処理と干渉フィルタリング: 特殊なアルゴリズムを利用して、システムは複数の反射信号を処理して、有効な表面反射信号を保持しながら、石炭粉塵の散乱や物体反射による干渉をフィルタリングして除去します (信号強度しきい値とビーム一貫性解析に基づいて)。同時に、ビーム角度パラメーターを使用してサイロ内の反射点の 3 次元座標 (X、Y、Z 軸) を計算します。-。

3D 画像再構成とパラメータ計算: システムはまず、すべての有効な反射点からの 3D 座標を結合して、サイロ内の材料の 3D 点群モデルを生成します。画像レンダリング技術を使用して、直感的な 3D ビジュアライゼーションを作成します。このモデルに基づいて、システムは材料レベルの最大および平均高さを自動的に計算し、同時に統合アルゴリズムを通じて材料の体積を決定します。これらの計算を事前定義された石炭密度パラメータ (例: 原料炭密度 1.3 ～ 1.5 t/m3) と組み合わせることで、システムは最終的に正確な材料量データを出力します。

4. Solidat 3D レーダーレベルメーター: 導入とアプリケーション

4.1 製品の中核となる技術的特徴

産業オートメーション機器の大手プロバイダーである Solidat は、石炭火力発電所の物質レベル測定要件を満たす 3D レーダー レベル ゲージ (モデル: SLDL5300 シリーズ) を開発しました。これは、以下の中核となる技術的特徴を備えています。

測定性能：測定範囲180度、360度（中小規模から大規模の石炭ヤードに適しています）、体積精度±0.5％、距離精度1mm、サポート密度設定（0.5-3t/m3）、さまざまな石炭タイプの測定ニーズを満たします。

通信およびデータ出力: 産業用イーサネット、AUTBUS、485 およびその他の通信モードをサポートし、材料レベルの高さ、体積、質量、3D 画像データ (BMP/JPG 形式のエクスポートをサポート) を出力でき、石炭火力発電所の中央制御システム データ インターフェイスと互換性があります。

設置と試運転: 上部取り付け設置 (フランジ接続、DN50 ～ DN200 フランジと互換性あり) には小さな取り付け穴があり、サイロに大規模な変更を加える必要がありません。{0}コミッショニングはタッチスクリーンまたはリモートコンピュータ経由で完了します。

イメージング効果: 高速データ処理と分析、データ処理はコンピュータによって迅速かつ自動的に完了します。シンプルな 3D グラフィックス オペレーティング システムにより、測定対象の 3 次元再現を実現し、グラフィックスの回転、移動、局所拡大などのインタラクティブな操作を実行できます。測定結果は一目瞭然です。

4.2 石炭火力発電所の適用事例

大規模な国営石炭火力発電所（年間生産能力 500 万トン）を例に挙げます。{0}プラントには原炭サイロ（直径10m、高さ25m）8基と精製石炭サイロ（直径8m、高さ20m）4基を備えています。通常のマイクロ波レーダーレベル計を使用したこれまでの測定には、次の 3 つの問題がありました。

原料炭サイロ内の石炭粉塵濃度は高く（平均60g/m3）、マイクロ波レーダー信号の減衰は深刻です。約 30% の確率で有効な物質レベル データが取得できないため、手動による検査が必要になります。これには高所から落下する危険性があります。

原料炭サイロでは、「材料の不均衡」（片側の材料レベルが不均一）が発生することがよくあります。単一点のデータのみを測定する従来のレーダー システムでは、このような不均衡を検出できません。-その結果、サイロの実際の容量の 70% の使用率が発生し、「空きスペースが残っているにもかかわらず、サイロがいっぱいになったことを示すアラーム」が頻繁に発生します。

在庫統計では、各倉庫の資材レベルの高さと資材ビンの量に基づいて手動で推定する必要があります。 1 回あたり 2 ～ 3 時間かかり、エラー率は 5% ～ 8% であり、調達計画や生産スケジュールに影響を与えます。

2024 年の初めに、工場は 83D レーダー レベル メーター (原石炭サイロ用に 6 台、精製石炭サイロ用に 2 台) を導入し、その適用効果が大幅に向上しました。

測定安定性の向上：3Dレーダーは高濃度石炭粉塵の透過力が強く、有効信号捕捉率が70%から99.5%に向上しました。倉庫内で人による検査が不要になるため、人件費が年間約 120,000 元削減され、高所作業による安全上の危険が排除されます。-

材料の偏りの特定の問題を解決: 3D 画像は、洗浄された石炭ビン内の材料の分布をリアルタイムで表示します。材料のずれが発生した場合（材料レベルの両側の差が 1m を超える場合）、システムは自動的に警告を発し、オペレーターに供給位置を調整するようガイドします。ビン容量の利用率は90％に向上し、毎年約1500トンの精製石炭をさらに貯蔵できるようになり、経済効果は約120万元増加する。

インテリジェントな在庫管理: システムは各倉庫の石炭量を自動的に計算し、データが毎分更新される在庫レポートを生成します。これにより、在庫統計の時間が 2 ～ 3 時間から 10 秒に短縮され、エラー率が 2% 未満に抑えられます。これは、石炭火力発電所の調達計画（例、在庫消費率に基づいた原石購入量の決定）および生産スケジューリング（例、洗浄石炭在庫レベルに応じた石炭洗浄出力の調整）に正確なデータサポートを提供し、在庫の誤った判断によって引き起こされる生産の中断と原材料の無駄を効果的に最小限に抑えます。

さらに、3D レーダー レベル メーターはメンテナンスが容易であるため、石炭火力発電所の運転およびメンテナンスのコストも大幅に削減されます。設備の清掃は過去 1 年間に 1 回しか行われておらず、障害による停止の記録もありません。従来のレーダー（平均3か月に1回のメンテナンスが必要）と比べ、年間メンテナンスコストが約8万元削減される。

5. 結論

Solidat 3D レーダー レベル カウンターは、3D イメージング、マルチパラメータ測定、堅牢な抗干渉機能などの最先端技術を活用しています。{{1}これには、深刻な粉塵の干渉、複雑な材料レベルの構成、在庫追跡の困難などが含まれます。このシステムは、測定の精度と安定性を向上させるだけでなく、石炭火力発電所の在庫管理と生産スケジュールのインテリジェントなアップグレードを推進します。 SLDL5300 3D 測定システムは、複雑な作業条件に適応する狭くて透過性の高いビームを採用しており、高温、粉塵腐食、蒸気、雨、霧などの過酷な環境の影響を受けません。コストパフォーマンスに優れているため、サイロ、コンテナ、バルク固体材料倉庫などのさまざまな保管場所での固体材料の測定に広く適用できます。-石炭産業のインテリジェントな変革の文脈において、Solidat 3D レーダー レベル カウンターは、幅広い用途の可能性を備えた信頼性の高い効率的なレベル測定ソリューションを提供します。これらのシステムは、石炭火力発電所の無人サイロやスマート倉庫システムなどのシナリオにさらに適応し、石炭産業のデジタル開発を強力にサポートすると期待されています。