Сравнение технологий измерения уровня химических сред

METRAVON Сравнение технологий измерения уровня химических сред

Не существует единого типа измерительного прибора, который был бы оптимальным для всех химических процессов. Для резервуара с водой, ёмкости для хлороводородной кислоты, реактора, резервуара для вязкой суспензии и технологической ёмкости под высоким давлением могут потребоваться принципиально разные принципы измерения.

Правильный выбор зависит от химической совместимости, плотности, диэлектрических свойств, вязкости, склонности к кристаллизации, способности образовывать пену, температуры, давления, а также от того, допустимо ли контактирование с средой.

1. Четыре распространённые технологии: краткий обзор

2. — 2. Измерение уровня по разности давлений

Измерение уровня методом DP использует гидростатическое давление столба жидкости. В закрытом сосуде давление парового пространства обычно подают на сторону низкого давления, чтобы преобразователь измерял перепад от столба жидкости, а не полное давление сосуда.

3. Преимущества дифференциального давления:

• — зрелая и широко признанная технология;
• — хорошо подходит для множества процессов при высоких температурах и высоком давлении;
• — может использоваться в сочетании с удалёнными уплотнениями при работе с труднотренируемыми технологическими средами;
• Простая интеграция с сигналами 4–20 мАmAиHARTbxpglpmkosxcendixobs

4. Основные ограничения уровня DP —

Плотность жидкости напрямую влияет на определение уровня. Если плотность изменяется в зависимости от концентрации, температуры или состава продукта, рассчитанный уровень может смещаться, даже если фактический уровень не изменяется.

Другие проблемы включают:

• Заблокированные импульсные линии;
• Ненасыщенные колонны конденсата;
• Влияние температурных факторов в системах с удалёнными уплотнениями;
• Кристаллизация или вязкая фаза в трубопроводах под давлением;
• Ошибки при статическом давлении и при нулевом угле наклона/подавлении.

5. Когда DP может быть подходящим вариантом:

• Жидкости с достаточно стабильной плотностью;
• Тары для работы при высоких температурах или под высоким давлением;
• Установки, где уже внедрены стандартные методы применения датчиков DP;
• Ситуации, требующие удалённых уплотнений на диафрагмах;
• Отдельные задачи в системах паровых барабанов, реакторах и сосудах под давлением.

6. Измерение уровня с использованием ёмкостного метода

Капакциметрические приборы фиксируют изменения электрической ёмкости между зондом и опорным электродом либо стеной сосуда. По мере увеличения площади контакта зонда с исследуемым объектом изменяется диэлектрическая среда, и электронные компоненты преобразуют это изменение ёмкости в соответствующий уровень сигнала.

7. Преимущества ёмкостных датчиков:

• Компактная механическая конструкция;
• Возможность настройки на проводящие или непроводящие среды с использованием соответствующего зонда;
• Применение в жидкостях и для отдельных видов твёрдых тел;
• Отсутствие движущихся измерительных элементов;
• Некоторые модели способны работать при высоких температурах и давлениях в технологических процессах.

8. Почему выбор диэлектрика и нанесение покрытия имеют важное значение

Поскольку измерение ёмкости напрямую зависит от электрических свойств в окрестности зонда, изменения в составе продукта или в диэлектрической проницаемости могут приводить к изменению показаний. Нанесение покрытий, кристаллизация и отложение отложений на стенках ёмкостного зонда могут создавать дополнительную ёмкость, которую измерительный прибор может интерпретировать как уровень.

Таким образом, приоритетом в обслуживании являются стабильность продукта и состояние зонда, а не произвольный фиксированный интервал повторной калибровки.

9. Ультразвуковое измерение уровня

Ультразвуковой передатчик передаёт звуковой импульс через газовый слой и измеряет время прохождения импульса туда и обратно от поверхности жидкости. Данный метод не требует физического контакта и может быть экономически эффективным для открытых резервуаров, водных систем и отдельных химических сосудов.

10. Основные преимущества ультразвукового устройства

• : отсутствие контакта с жидкостью;
• простота установки для множества открытых резервуаров;
• высокая экономичность при коротких и средних расстояниях;
• применимость в системах для воды, сточных вод и в условиях стабильной атмосферной среды.

11. Основные ограничения ультразвукового устройства

Звук должен распространяться через газовую среду. На качество сигнала могут влиять такие факторы, как температура, состав газа, тяжёлые пары, плотная пена, пыль, интенсивные воздушные потоки и препятствия внутри ёмкости.

Компенсация температурного влияния позволяет компенсировать изменения скорости звука, однако она не способна компенсировать все сложные условия в паровом пространстве. Ультразвуковые измерения также не могут функционировать в вакууме, поскольку распространение звука требует наличия среды.

12. Отсутствие контакта не означает химической невосприимчивости

Ультразвуковой преобразователь не должен контактировать с жидкостью, однако его рабочая поверхность, соединительные элементы и уплотнения могут подвергаться воздействию коррозионно активных паров, кислых туманов, брызг и конденсата. В связи с этим требования к химической совместимости должны охватывать и условия в газовой фазе.

13. Магнитные датчики уровня

Магнитный уровеньный прибор, как правило, оснащён обходной камерой, подключённой к ёмкости. Магнитный плавник отслеживает уровень жидкости и через магнитное соединение управляет внешним индикатором. Таким образом, локальное отображение показаний остаётся возможным без подключения к внешнему электрическому питанию.

14. Преимущества магнитных уровнемеров

• Чёткий локальный визуальный индикатор;
• Основное назначение: устройство не требует электропитания;
• Разработана на основе зрелых механических технологий;
• Может быть сконструирована для применения в условиях повышенной температуры и давления;
• Может быть оснащена переключателями или удалёнными передатчиками.

15. Общие ограничения магнитных датчиков уровня;

Ключевой вопрос заключается в том, может ли плавящийся агент свободно перемещаться на всём рабочем диапазоне. Высокая вязкость, кристаллизация, наличие взвешенных твёрдых частиц, ила или отложений в камере бایпаса могут привести к прилипанию или засорению.

Плотность продукта также имеет значение, поскольку плавник необходимо правильно спроектировать с учётом фактической плотности жидкости.

16. Магнитный уровеньный датчик предназначен для измерения жидкости, а не пара.

Например, правильно спроектированный магнитный байпасный уровеньный прибор может указывать уровень воды в паровом барабане, однако измеряемой величиной является уровень жидкости. Прибор не измеряет саму паровую фазу.

17. Коррозионные кислоты и щелочные вещества требуют пересмотра материалов

Магнитный уровеньный измерительный прибор не подходит автоматически для всех сильных кислот или щелочей. Камера, плавник, lining, уплотнения и характеристики по температуре и давлению должны полностью соответствовать конкретным химическим условиям эксплуатации.

18. Может ли магнитный указатель уровня выдавать сигнал 4–20mA?

Да. В зависимости от конструкции магнитные датчики уровня могут использоваться в сочетании с рид-цепными передатчиками, магнитостриктивными датчиками или по стандарту 4–20 mA.mAВыходные сигналы и магнитные переключатели уровня. Они не ограничиваются исключительно визуальным отображением.

19. Быстрое сравнение технологий:

20. — 20. В каких случаях также следует сравнивать радарные датчики?

Радиолокация в свободном пространстве целесообразна при выборе методов измерения без контакта, когда температура в паровой среде изменяется, наличие коррозионных сред затрудняет использование контактных датчиков, внутренняя конструкция сосудов поддаётся обслуживанию, а механическое обслуживание должно быть сведено к минимуму.

Радар на основе направляемых волн может также применяться для определённых жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью, измерений на границе раздела фаз, а также в тех случаях, когда необходимо обеспечить чётко определённый путь пробы. Однако данный метод не является полностью устойчивым к влиянию пены, конденсации, накоплению загрязнений или ограничениям, связанным с диэлектрическими свойствами материалов; поэтому выбор такого метода следует основывать на конкретных требованиях к задаче, а не рассматривать как автоматическое решение.

21. Минимальные требования к данным при выборе химического уровня:

• — наименование продукта, концентрация, плотность, коррозионная активность и вязкость;
• — диэлектрические свойства (при наличии соответствующих данных);
• — нормальная и проектная температура и давление;
• — высота резервуара, диаметр, внутренние компоненты и система крепления;
• — пена, пары, режим перемешивания, отложения и твёрдые частицы;
• — требования к питанию, выходной мощности и системам связи.
• Требования к сертификации в зонах опасностей, в области гигиены или в соответствии с спецификой проекта.

22. Выбор подходящего принципа измерения

Дифференциальные, ёмкостные, ультразвуковые и магнитные датчики уровня представляют собой зрелые технологии, однако они решают различные задачи измерения. Правильный выбор определяется физическими и химическими свойствами технологического процесса, а не предпочтительной семейством приборов.

При стабильной плотности использование DP может быть весьма эффективным. Электрощелевой метод хорошо подходит в тех случаях, когда диэлектрические свойства среды и покрытие зонда поддаются контролю. Ультразвуковой метод является экономически выгодным при стабильных атмосферных условиях. Магнитные уровнемеры сохраняют свою ценность там, где важна надёжная локальная индикация. Радарный метод следует рассмотреть в качестве альтернативы, если для измерения не требуется контакт, наблюдаются колебания концентрации паров в среде или создаются сложные механические условия.