Porównanie technologii pomiaru poziomu chemikaliów

METRAVON Porównanie technologii pomiaru poziomu chemikaliów

Nie istnieje jeden typ urządzenia pomiarowego, który byłby najodpowiedniejszy dla każdego procesu chemicznego. Naczynie wodne, naczynie do kwasu chlorowodorowego, reaktor, naczynie do gęstego suspensu oraz naczynie procesowe pod wysokim ciśnieniem mogą wymagać zupełnie różnych zasad pomiarowych.

Poprawny wybór zależy od kompatybilności chemicznej, gęstości, właściwości dielektrycznych, lepkości, zdolności do krystalizacji, właściwości pęcherzykowych, temperatury, ciśnienia oraz tego, czy kontakt z środowiskiem jest dozwolony.

1. Cztery powszechne technologie – przegląd

2. Pomiar poziomu za pomocą różnicowego ciśnienia

Pomiar poziomu metodą DP wykorzystuje ciśnienie hydrostatyczne słupa cieczy. W zamkniętym zbiorniku pod ciśnieniem ciśnienie przestrzeni parowej doprowadza się zwykle na stronę niskiego ciśnienia, aby przetwornik mierzył różnicę od słupa cieczy, a nie całkowite ciśnienie w zbiorniku.

3. Zalety działania pod różnicowym ciśnieniem:

• Uzupełniona i szeroko uznawana technologia;
• Dobrze nadaje się do zastosowań w wielu procesach pracujących pod wysoką temperaturą i wysokim ciśnieniem;
• Możliwość połączenia z uszczelnieniami zdalnymi w przypadku trudnych mediów procesowych;
• Prosta integracja z systemami 4–20 mA oraz HART.

4. Główne ograniczenia poziomu DP –

Gęstość cieczy bezpośrednio wpływa na przekształcenie poziomu. Jeśli gęstość zmienia się w zależności od stężenia, temperatury lub składu produktu, obliczony poziom może się przesunąć, nawet jeśli rzeczywisty poziom nie ulega zmianie.

Inne kwestie wymagają uwagi to:

• Zablokowane linie impulsowe;
• Niezrównoważone kolumny kondensatu;
• Wpływ temperatury w systemach z odległymi uszczelnieniami;
• Krystalizacja lub obecność lepkiego produktu w ściekach pod ciśnieniem;
• Błędy statycznego poziomu oraz błędy przy zerowym kącie podniesienia lub ucisku.

5. W których przypadkach DP jest często odpowiednim rozwiązaniem:

• Ciekliny o stosunkowo stabilnej gęstości;
• Naczynia pracujące pod wysokim ciśnieniem lub przy wysokich temperaturach;
• Instalacje, w których zastosowano ugruntowane praktyki pomiarowe za pomocą DP;
• Zastosowania wymagające odległych uszczówek membranowych;
• Wybrane zadania w systemach parowych, reaktorach oraz naczyń pod ciśnieniem.

6. Pomiar poziomu za pomocą kondensatora

Przyrządy kapacytometryczne wykrywają zmiany kapacytancji elektrycznej między sondą a elektrodą odniesienia lub ścianą naczynia. W miarę zwiększania się powierzchni sondy, która jest objęta produktem, zmienia się środowisko dielektryczne, a układ elektroniczny przekształca tę zmianę kapacytancji w sygnał napięciowy.

7. Zalety pojemnościowych czujników

• Kompaktowa konstrukcja mechaniczna;
• Możliwość konfiguracji dla przewodzących lub nieprzewodzących mediów za pomocą odpowiedniego czujnika;
• Zastosowanie w przypadku ciekłości oraz wybranych ciał stałych;
• Brak ruchących się elementów pomiarowych;
• Niektóre modele są przeznaczone do pracy przy wysokich temperaturach i ciśnieniach procesowych.

8. Dlaczego zmienność dielektryczna oraz powłoka mają istotne znaczenie

Miernieć pojemności zależy bezpośrednio od właściwości elektrycznych środowiska wokół sondy; zmiany w składzie produktu lub w stałej dielektrycznej mogą zatem wpływać na wartość pomiarową. Powstające warstwy powłokowe, krystalizacja oraz osady na ściankach zbiornika mogą generować dodatkową pojemność, którą urządzenie może błędnie interpretować jako poziom.

Dlatego priorytetem konserwacji jest stabilność produktu oraz stan sondy, a nie dowolny stały interwał ponownego kalibrowania.

9. Mierzenie poziomu za pomocą ultradźwięków

Przenośnik ultradźwiękowy wysyła impuls dźwiękowy przez przestrzeń gazową i mierzy czas podróży w obie strony od powierzchni cieczy. Jest to metoda bezkontaktowa, która może okazać się ekonomiczna dla otwartych zbiorników, systemów wodnych oraz wybranych zbiorników chemicznych.

10. Głównे zalety ultradźwiękowych rozwiązań

• : brak kontaktu z cieczą;
• : prosta instalacja dla wielu otwartych zbiorników;
• : korzystna opłacalność w przypadkach krótkich i średnich odległości;
• : zastosowanie w systemach do przetwarzania wody, ścieków oraz w warunkach stabilnej atmosfery.

11. Główne ograniczenia rozwiązań ultradźwiękowych

Dźwięk musi przenikać przez przestrzeń gazową. Temperatura, skład gazu, ciężkie parowanie, gęsta piana, kurz, silne ruchy powietrza oraz przeszkody wewnątrz naczynia mogą wpływać na jakość sygnału.

Kompensacja temperatury pomaga kompensować zmiany prędkości dźwięku, jednak nie pozwala ona na korektowanie wszystkich złożonych warunków w przestrzeni parowej. Pomiary ultradźwiękowe również nie działają prawidłowo w próżni, ponieważ dźwięk wymaga istnienia nośnika, w którym może się rozchodzić.

12. Brak kontaktu nie oznacza immunności chemicznej

Przetwornik ultradźwiękowy nie musi dotykać cieczy, jednak jego powierzchnia, połączenie procesowe oraz uszczelki mogą być narażone na korozyjne parę, mgłę kwasową, krople oraz kondensat. Dlatego kompatybilność chemiczna musi uwzględniać środowisko w fazie gazowej.

13. Pomiarniki poziomu magnetycznego

Magnetyczny miernik poziomu wykorzystuje komorę boczną połączoną z naczyniem. Magnetyczny pływak śledzi poziom cieczy i poprzez sprzęganie magnetyczne steruje zewnętrznym wskaźnikiem. W ten sposób lokalne wyświetlanie informacji pozostaje możliwe bez konieczności podłączenia zewnętrznego źródła zasilania elektrycznego.

14. Zalety magnetycznych mierników poziomu

• Jasna lokalna indicacja wizualna;
• Podstawowa indicacja nie wymaga dostępu do prądu elektrycznego;
• Uzupełniona zaawansowaną technologią mechaniczną;
• Możliwość projektowania w celu zastosowania w warunkach określonych wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia;
• Możliwość wyposażenia przełącznikami lub oddalonymi przekaźnikami.

15. Typowe ograniczenia magnetycznych mierników poziomu

Kluczowym pytaniem jest, czy płynu może swobodnie poruszać się w całym zakresie pracy. Wysoka lepkość, krystalizacja, obecność ciał stałych zawieszonych, osad lub osady w komorze obwodowej mogą prowadzić do przyklejania się lub zablokowania.

Gęstość produktu również ma znaczenie, ponieważ pływacz musi być odpowiednio zaprojektowany pod kątem rzeczywistej gęstości cieczy.

16. Magnetyczny poziomik mierzy ciecz, a nie parę –

Na przykład odpowiednio zaprojektowany magnetyczny miernik obwodu bocznego może wskazywać poziom wody w kotlu parowym, jednak zmienne mierzoną jest poziom cieczy. Urządzenie to nie mierzy samej fazy parowej.

17. Korozyjne kwasy i substancje żarne wymagają przeglądu materiałów

Magnetyczny miernik poziomu nie jest automatycznie odpowiedni dla każdej silnej kwasu ani kausty. Komora, pływak, wykładka, pasy oraz parametry pracy pod względem temperatury i ciśnienia muszą być zgodne z konkretnymi wymaganiami chemicznymi.

18. Czy magnetyczny wskaźnik poziomu może wysyłać sygnał 4–20mA?

Tak. W zależności od projektu czujniki poziomu magnetycznego mogą być łączone z przekaźnikami łańcuchowymi, systemami czujników magnetostrykcyjnych, wyjściem 4–20 mA oraz przełącznikami poziomu magnetycznego. Nie są ograniczone wyłącznie do wizualnej indicacji.

19. Porównanie technologii

20. | 20. W jakich przypadkach należy również porównywać dane z radaru?

Radar w przestrzeni wolnej warto rozważyć w przypadku, gdy preferuje się pomiar bez styku, gdy temperatura w przestrzeni parowej ulega zmianom, gdy korozyjne media utrudniają zastosowanie urządzeń kontaktowych, gdy wnętrze zbiornika jest łatwe do zarządzania oraz gdy należy minimalizować konieczność konserwacji mechanicznej.

Radar fal kierowanych może być rozważany również dla wybranych ciekłości o niskiej stałej dielektrycznej, w celu pomiaru powierzchni rozwarstwienia oraz w zastosowaniach, w których korzystne jest ustalone ścieżenie sondy. Radar nie jest odporny na obecność pęcherzyków piany, kondensacji, nagromadzeń oraz ograniczenia dielektryczne, dlatego jego wybór powinien wynikać z konkretnych wymagań zastosowania, a nie być traktowany jako automatyczna odpowiedź.

21. Minimalne dane do wyboru poziomu chemicznego:

• Nazwa produktu, stężenie, gęstość, stopień korozyjności oraz lepkość;
• Właściwości dielektryczne, jeśli są znane;
• Normalna i projektowa temperatura oraz ciśnienie;
• Wysokość zbiornika, średnica, elementy wewnętrzne oraz połączenia montażowe;
• Piana, parę, mieszanie, osady oraz cząstki stałe;
• Wymagania dotyczące mocy, wydajności oraz komunikacji;
• Wymagania dotyczące certyfikacji dla stref niebezpiecznych, wymagań higienicznych lub wymagań specyficznych dla danego projektu.

22. Wybór odpowiedniego zasady pomiaru

Ceny różnicowego ciśnienia, pojemnościowe, ultradźwiękowe oraz magnetyczne to dojrzałe technologie, które rozwiązują różne problemy pomiarowe. Prawidłowa decyzja powinna opierać się na właściwościach fizycznych i chemicznych procesu, a nie na preferowanej rodzinie instrumentów.

Gdy gęstość jest stabilna, pomiar DP może okazać się bardzo skuteczny. Pomiar pojemności dobrze sprawdza się, gdy właściwości dielektryczne oraz powłoka czujnika są dobrze kontrolowane. Pomiar ultradźwiękowy jest ekonomiczny w stabilnych warunkach atmosferycznych. Pomiarniki poziomu magnetycznego pozostają cennymi rozwiązaniem w przypadkach, gdy kluczowe jest dokładne i niezawodne wskazanie lokalne. W przypadku gdy pomiar bezkontaktowy, zmienność stanu parowego lub trudne warunki mechaniczne czynią ten metodę atrakcyjną, warto rozważyć zastosowanie radaru w porównaniu.