Đo mức ở nhiệt độ cực thấp: Bồn LNG, LIN và LOX

Đo mức ở nhiệt độ cực thấp: Bồn LNG, nitơ lỏng và oxy lỏng

Đo mức ở nhiệt độ cực thấp cần cụm lắp đặt có định mức chuyên dụng. Radar, radar sóng dẫn hướng, điện dung, chênh áp và hệ thống servo có thể đáp ứng những nhiệm vụ đo mức cực lạnh cụ thể, nhưng model thông thường dùng ở nhiệt độ môi trường không trở nên phù hợp chỉ nhờ thêm cách nhiệt hoặc ống đứng. Phải xác nhận toàn bộ phần bao chứa quá trình, vật liệu, bố trí cơ khí và giới hạn vận hành trước khi đánh giá tín hiệu.

LNG, nitơ và oxy là những ứng dụng khác nhau

Không thể áp dụng một khuyến nghị thổi khí hoặc gia nhiệt chung cho các ứng dụng này. Ứng dụng oxy có yêu cầu riêng về độ sạch và vật liệu, còn hệ thống khí dễ cháy có các ràng buộc riêng về điện và công nghệ. Mọi thay đổi phải được đơn vị thiết kế bồn và nhóm kỹ thuật chịu trách nhiệm phê duyệt.

Tín hiệu phản xạ yếu cần được đánh giá theo từng ứng dụng

Nhiều chất lỏng cực lạnh có hằng số điện môi tương đối thấp và phản hồi ít năng lượng hơn chất lỏng gốc nước thông thường. Tín hiệu sử dụng được phụ thuộc vào chất lỏng, nhiệt độ, tần số, ăng-ten, dải đo và hình học. Bảng hằng số điện môi tĩnh không thể chứng minh mọi radar đều hoạt động được hoặc mọi chất lỏng cực lạnh đều không thể đo.

Ống tĩnh phù hợp có thể là một phần của bố trí đo mức được thiết kế bài bản. Ống này không bắt buộc trong mọi trường hợp và phải đáp ứng yêu cầu của thiết bị về đường kính, lỗ thông, căn chỉnh và co ngót nhiệt. Ống không phù hợp có thể tạo phản xạ hoặc cản trở trao đổi chất lỏng, khiến mức trong ống không đại diện đúng cho mức bồn.

Radar sóng dẫn hướng tập trung tín hiệu dọc đầu dò nhưng làm phát sinh tiếp xúc sản phẩm, tải lên đầu dò và giới hạn vùng đo. Chỉ xem xét phiên bản có định mức đáp ứng đầy đủ điều kiện cực lạnh của ứng dụng; kết cấu đầu dò thông thường chưa phải bằng chứng đủ.

So sánh các công nghệ mà không cho rằng một công nghệ luôn được ưu tiên hơn

Không thể xếp hạng độ chính xác hoặc giá thành chung chỉ từ nguyên lý cảm biến. Thiết bị DP có thể có đầu ra số; chỉ riêng nhu cầu giao diện số không phải lý do chuyển từ DP sang radar. Chọn công nghệ theo bồn, đại lượng cần đo, chiến lược bảo trì và các phê duyệt bắt buộc.

Thiết kế nhiệt, cách nhiệt và đóng băng

Xác định nhiệt độ quá trình thấp nhất và nhiệt độ dự kiến tại chi tiết làm kín, đầu nối, đoạn nối dài và bộ phận điện tử. Co ngót nhiệt có thể tạo tải lên đầu dò, kết cấu đỡ và mối nối của ranh giới bao chứa áp suất. Cách nhiệt và lớp ngăn hơi phải duy trì đúng thiết kế bồn và điều kiện lắp đặt của nhà sản xuất thiết bị.

Lớp băng giá bên ngoài không chứng minh ăng-ten bị che kín, và không có một độ dày băng giá chung nào dự báo được hỏng hóc. So sánh tín hiệu và kiểm tra cụm lắp theo quy trình bảo trì đã phê duyệt. Hơi ẩm xâm nhập hoặc cầu nhiệt không mong muốn có thể cần sửa thiết kế thay vì khử băng lặp lại.

Không tùy tiện thêm không khí khô, nitơ, bộ gia nhiệt hoặc chi tiết ngắt cầu nhiệt như giải pháp hiện trường chung. Phải đánh giá độ tinh khiết khí, khả năng tương thích oxy, tính dễ cháy, nhiễm bẩn, áp suất và nhiệt đưa vào. Bố trí gia nhiệt hoặc thổi khí có thể tạo nguy cơ mới và không nâng giới hạn nhiệt độ của thiết bị chưa được phê duyệt.

Tồn kho, khối lượng riêng và phân tầng

Radar cung cấp mức; có thể chuyển mức sang thể tích bằng dữ liệu dung tích bồn. Tính khối lượng cần khối lượng riêng đại diện, vốn có thể thay đổi theo thành phần và nhiệt độ LNG. Phép tính mức bằng DP cũng phụ thuộc vào khối lượng riêng và bố trí tham chiếu áp suất.

Quản lý sự phân tầng LNG và hiện tượng đảo lớp (rollover) cần nhiều thông tin hơn một số đo mức bề mặt. Hãy tuân theo chiến lược giám sát và vận hành đã được cơ sở phê duyệt, gồm thông tin nhiệt độ, khối lượng riêng hoặc thành phần cần thiết. Một thiết bị đo mức không xác định được phân bố khối lượng riêng bên trong bồn và không chứng minh rằng không có nguy cơ đảo lớp.

Với két trên tàu, hệ thống đo mức có thể cần xử lý độ chúi, độ nghiêng ngang và chuyển động. Kiểm chứng các phép tính đó theo hình học két và thiết kế hệ thống đã phê duyệt thay vì giao nhiệm vụ này cho cảm biến khoảng cách độc lập.

An toàn và chạy thử

Hơi LNG lạnh ban đầu có thể có khối lượng riêng lớn hơn không khí và lan sát mặt đất; không được mặc định rằng hơi sẽ lập tức bốc lên. Nitơ thoát ra có thể đẩy oxy khỏi không gian, còn oxy thoát ra có thể làm tăng nồng độ oxy trong không khí và tăng mạnh nguy cơ cháy. Bề mặt lạnh và chất lỏng bị giữ kín cũng cần biện pháp kiểm soát riêng.

Chỉ nhân sự đủ năng lực mới được làm việc trên các đầu nối cực lạnh theo quy trình cô lập, xả áp và cấp phép làm việc của cơ sở. Không mở, gia nhiệt hoặc khử băng bằng cơ học cho đầu nối đang chịu áp chỉ dựa vào hiển thị thiết bị. Thiết bị dùng cho oxy phải duy trì độ sạch quy định trong suốt lắp đặt và sử dụng.

Trước nghiệm thu, kiểm tra giới hạn định mức của model, chiều cao tham chiếu, phép chuyển đổi theo dung tích bồn, dải đo sử dụng được, chẩn đoán và chức năng cảnh báo hoặc bảo vệ độc lập bắt buộc. Lưu bằng chứng chạy thử và xác định phương pháp kiểm chứng an toàn cho bảo trì sau này.

Khi yêu cầu tư vấn hoặc báo giá cho ứng dụng cực lạnh, cung cấp thành phần lưu chất, phạm vi nhiệt độ - áp suất, bản vẽ bồn, vai trò đo lường cần thiết và các phê duyệt áp dụng. Trước khi mua, phải xác nhận khả năng tương thích cực lạnh cho đúng cấu hình được chào.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Radar có thể đo LNG hoặc nitơ lỏng không?

Hệ thống chuyên dụng có định mức phù hợp có thể đo trong các ứng dụng cực lạnh cụ thể. Xác nhận cụm phía quá trình và khả năng thu tín hiệu phản xạ cho đúng chất lỏng, bồn và dải vận hành thực tế.

Có luôn cần ống tĩnh không?

Không. Việc sử dụng phụ thuộc thiết kế đo mức. Nếu có quy định dùng ống, kích thước, lỗ thông, căn chỉnh và đặc tính nhiệt phải theo yêu cầu của hệ thống đã chọn.

Có thể cải biến radar dùng ở nhiệt độ môi trường bằng cổ lắp dài hơn không?

Không thể dùng cách đó thay cho phê duyệt ứng dụng cực lạnh. Đoạn nối dài không chứng minh chi tiết làm kín, vật liệu hoặc ranh giới bao chứa áp suất phù hợp ở nhiệt độ thấp.

Thổi nitơ có phải lựa chọn mặc định an toàn cho mọi bồn cực lạnh không?

Không. Mọi bố trí thổi khí phải được phê duyệt theo lưu chất, độ sạch, áp suất và điều kiện nguy hiểm. Không thể coi ứng dụng oxy và LNG là có thể thay thế nhau.

Hơi LNG có luôn bay lên không?

Không. Ban đầu hơi lạnh có thể có khối lượng riêng lớn hơn không khí và lan sát mặt đất. Tuân thủ phương án về phát tán khí và ứng phó khẩn cấp của cơ sở.

Chỉ đo mức có phát hiện được LNG phân tầng không?

Không. Mức bề mặt không cho biết phân bố khối lượng riêng bên trong. Tuân thủ chiến lược đã phê duyệt về nhiệt độ, khối lượng riêng, thành phần và quản lý nguy cơ đảo lớp LNG (rollover).

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

• Berkeley Lab: Thao tác an toàn với chất lỏng cực lạnh
• NIST: Chương trình an toàn chất cực lạnh
• PHMSA: Đặc tính và mối nguy hiểm của LNG

Ứng dụng liên quan

Đo mức trong bồn dầu: Quản lý tồn kho, đo giao nhận thương mại và chống tràn là ba nhiệm vụ khác nhau | Đo mức ở nhiệt độ cao: Giải pháp nào phù hợp từ 150 °C đến 450 °C

Trao đổi về ứng dụng với METRAVON