magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

1abra80 GHz-es radaros folyadékszintmérő az olaj- és gáziparban

 

A 80 GHz-es radaros folyadékszint-távadók a többi szintmérési módszernél, de még a korábbi, 26 GHz-es radaros folyamatműszereknél is előnyösebben használhatók az olaj- és gázipar mostoha környezeti körülményei és fokozott biztonsági követelményei között. A VEGA radaros folyadékszint-távadóinak megbízhatósága előny az üzemeltetőnek, de a tervező és telepítő munkáját is olcsóbbá, gyorsabbá és eredményesebbé teszi.

Az olaj- és gázipar termékeiben egy dolog a közös: a folyadékok szintjének mérése csaknem mindig kihívásokkal teli feladat, mivel olyan folyamatparaméterek is befolyásolják, mint a nagy nyomás, a vákuum, a hőmérséklet és a többi folyamatparamétertől bonyolult módon függő közegsűrűség, a folyamat berendezéseinek belsejében és magukon a műszereken keletkező lerakódások. A radartechnológia védett ezekkel a behatásokkal szemben, ezért rendkívül vonzó alternatívát kínál a folyadékszintmérés megvalósítására az olaj- és gáziparban is. Igaz viszont, hogy rendszerint alacsony dielektromos állandójú folyadékok (szénhidrogén-alapú közegek) szintjét kell mérni, amelyek gyengén verik vissza a radarhullámokat, függetlenül attól, hogy nyersanyagról, közbenső vagy végtermékről van szó. A tartályok, reaktorok belsejébe épített agitátorok (keverők), fűtő csőkígyók, mélyen benyúló fúvókák és elzáró szerelvények a radaros méréstechnikának mind potenciális nehézségei. Ezért megszokott az igényes alkalmazásokban, hogy a szintmérés megbízhatóságát mechanikus megoldásokkal igyekeznek növelni. De ez sem megoldás minden problémára, mert például a lepárló tornyokban gyakran igen nehéz alkalmazási körülményekkel találkozunk, és a berendezések gyakran drága, különleges minőségű ötvözött acélból készülnek. Ezek a körülmények nagyon megnehezítik és megdrágítják a mérőpontok kialakítását, amely nemcsak az üzemeltetőknek és karbantartóknak, de a tervezőknek és a mérnöki tanácsadóknak is sok gondot okoz.
A VEGAPULS 64, a világ első 80 GHz-en működő folyadékszintmérő radarkészüléke teljesen új lehetőségeket tár fel ebben a szektorban. A korábbi radaros szinttávadókhoz képest az jelenti a legfontosabb különbséget, hogy a radarjel vivőfrekvenciája 80 GHz (a korábban megszokott 26 GHz-cel szemben). Ezzel a radarnyaláb háromszor jobban fókuszálható, amelynek számos kedvező méréstechnikai következménye van. A leginkább magától értetődő előny, hogy a keskeny radarnyalábnak könnyebb utat találni a tartályok belsejében található szerelvények (pl. keverők és fűtő csőkígyók) között.
A VEGAPULS 64 ugyancsak ideális eszköz a gyengén reflektáló tulajdonságú folyadékok (például a kis dielektromos állandójú szénhidrogének) szintjének mérésére. Ezt a problémát a VEGAPULS 64 a nagyon széles dinamikatartományával képes megoldani. Jelenleg nincs másik radaros szinttávadó a piacon, amelynek hasonlóan nagy lenne az érzékenysége. A radaros szintmérő dinamikatartományától függ, hogy az érzékelő milyen alkalmazási területeken használható, amit az is meghatároz, hogy mekkorák az adott alkalmazásban előforduló legnagyobb és legkisebb reflektált jelek. Minél nagyobb a dinamikatartomány, annál nagyobb a mérés biztonsága, és ezzel együtt szélesebb a szintmérő alkalmazhatóságának köre is. Az erősebb, tisztább reflektált jelek megbízhatóbb mérést tesznek lehetővé, és ez egyben azt is jelenti, hogy az alacsony reflexiós képességű közegek mérése is hatékonyabb, mint korábban.

1abra

A VEGAPULS 64 legkisebb antennája nem nagyobb egy egyeurós pénzérménél. Ez az új radaros szinttávadót ideális eszközzé teszi kisméretű tartályokban

Biztonságos működés

A gáz- és olajipar sajátos biztonsági követelményei gyakran még annál is sokkal szigorúbbak, mint amit a szabályozó hatóság vagy a törvény előír. Az új VEGAPULS 64 szinttávadó különlegesen jó fókuszálási képessége ezzel kapcsolatban is számos érdekes lehetőséget tár fel.
Az olajfinomítók és petrolkémiai üzemek rendkívül magas követelményeket támasztanak a biztonságos üzemeltetéssel kapcsolatban. Például egy tartály tetején elhelyezett minden műszer és szerelvény (beleértve az érzékelőket, a betápláló szelepeket vagy motorokat is) gyakran ugyanabban a magasságban vannak elhelyezve, mint a szomszédos platform vagy járófelület. Ez szükségtelenné teszi, hogy a kezelő személyeknek korlátokon kelljen áthajolniuk, és csökkenti a kockázatát annak, hogy csavarokat vagy szerszámokat ejtsenek le munkavégzés közben. Viszont ami nagyon hasznos munkabiztonsági szempontból, az néha komoly problémákat okoz a radaros távadókkal végzett folyadékszint-mérés minőségével kapcsolatban. Ennek az az oka, hogy a műszereket munkabiztonsági megfontolások miatt magasabb kialakítású folyamatcsatlakozásba kell telepíteni, amely viszont jelentős hamis visszhangok és más zavaró jelek forrása lehet. A folyamatcsatlakozásban keletkező többszörös visszaverődések viszont tovább terjednek a lejjebb található mérési tartományba. Ezért ezek a magas folyamatcsatlakozások közvetlenül befolyásolják a mérés pontosságát és megbízhatóságát, különösen, ha a mért közeg gyengén reflektáló tulajdonságú szénhidrogén. Az új VEGAPULS 64 ebből a szempontból is jelentős előnyöket kínál. Még a hosszú folyamatcsatlakozásokba telepítve is megbízhatóbb mérést tesz lehetővé, mivel az erősen fókuszált radarnyaláb nem verődik vissza a folyamatcsatlakozás oldalfaláról. A sugár „tisztán” végighalad a folyamatcsatlakozáson anélkül, hogy a sugárzó közelében zavaró jelek és interferenciák keletkeznének. Ezenkívül a nagyobb dinamikatartomány miatt a visszavert gyenge jelre sokkal érzékenyebb a vevő, ezért a mérés is megbízhatóbbá válik. Ez nemcsak azt jelenti, hogy az üzemeltető jobban megbízhat a mérési eredményekben, hanem azt is, hogy a folyamattervezési és telepítési feladatok is egyszerűbbekké válnak. A tervezés folyamán sokkal kevesebb körülményt kell figyelembe venni, a telepítés helyét egyszerűbb megtervezni, az esetleg meglevő folyamatcsatlakozást kevésbé kell módosítani, mert a VEGAPULS 64 „magától” megoldja ezeket a problémákat, és sokkal megbízhatóbb teljesítményt nyújt.

Megnövekedett rendelkezésre állás

Az olaj- és gázipar másik fontos jellemzője, hogy sok finomítóban és petrolkémiai üzemben szigorú követelmények vonatkoznak arra, hogy bármelyik érzékelőt le kell tudni választani a folyamatról annak megszakítása nélkül, azaz az üzemet vagy annak egy részét ne kelljen leállítani, ha egy műszert cserélni, javítani vagy karbantartani kell. Egy radaros szintmérőnél ez lényegében azt jelenti, hogy egy golyóscsapon keresztül kell működtetni. Ez teszi lehetővé ugyanis, hogy a szintmérőt a folyamat működése közben is le lehessen arról választani. Ez a természetes igény a minél nagyobb rendelkezésre állásra gyakran vezet ellentétes eredményre. Bár az üzem „karbantartás-barátabbá” vált, a radaros műszereknek viszont megnő a karbantartásigénye. A golyóscsapon át történő telepítés általában nem javasolt abban a formában, hogy a radaros szintmérő a csapon kívül helyezkedik el, mivel maga a golyócsap is nehezen kezelhető interferenciákat okoz az antenna közeli tartományában. Ezek a zavaró jelek magába a mért térbe is eljutnak a golyóscsap falán keletkező többszörös visszaverődések útján, különösen, ha annak beállítása nem tökéletes. Ez gyakorlatilag lehetetlenné teszi a megbízható szintmérést, különösen a gyengén reflektáló szénhidrogén-közegeknél. Ráadásul, ha a műszer feladatai közé tartozik a túltöltés érzékelése is, a közegről visszaverődő gyenge jel nem mérhető megbízhatóan a közeli tartományban jelen levő erős zajban. A VEGAPULS 64-nél azonban a golyóscsap hatása lényegesen kisebb, mivel az adó sugárnyalábja sokkal szorosabban fókuszált, ezért a golyóscsap falán sokkal kisebb zavaró reflexió keletkezik. Ez egy további előnnyel is jár a felhasználó számára: az új radaros szintmérő könnyen telepíthető a létező, de már használaton kívüli folyamatcsatlakozások valamelyikébe. Az ehhez szükséges átalakítások pedig sokkal egyszerűbben, gyorsabban és olcsóbban megvalósíthatók, mint egy új, „testre szabott” folyamatcsatlakozás kiépítése. Ezen a módon azok az alkalmazások is könnyen megvalósíthatókká válnak, amelyek a korábbi radaros műszerekkel csak sok nehézség árán voltak kivitelezhetők. Ezenkívül az új, 80 GHz-es technológiával a mérés bizonytalansága és a karbantartási igény csökken, az üzem rendelkezésre állása pedig növekszik.

2abra

A megfelelő szenzor minden alkalmazáshoz. A VEGAPULS 64-hez különféle méretű antennarendszerek használhatók

Hatékonyan kihasználható tartálytérfogat

A 80 GHz-es vivőfrekvencia másik fontos előnye, hogy nagyon jól mérhetővé teszi a kis dielektromos állandójú folyadékok szintjét még a tartály aljához közeli, alacsony folyadékszintek esetén is. A mérés elve ugyanis az, hogy a radarhullának a közeg felületéről kell visszaverődnie. De a szénhidrogén-alapú közegek alacsony dielektromos állandója miatt a jel egy része behatol a folyadékba, és a tartály aljáról verődik vissza. Emiatt két reflektált jelet kapunk: az egyiket a valódi folyadékfelületről, a másikat pedig a tartály fenéklemezéről. Minél kisebb a folyadékszint, és minél kisebb a közeg dielektromos állandója, annál nagyobb a tartály aljáról visszavert jel. A korábbi, 28 GHz-es rendszereknél ez a két jel kis szinteknél (néhány cm folyadékmagasságnál) már átfedte egymást, a folyadékfelszínről reflektált kisebb jel „elveszett” a tartály aljáról visszavert nagyobb jelben, tehát a folyadékszint ettől kezdve láthatatlanná vált a radar számára. Ez azt eredményezte, hogy ürítéskor korábban mutatott üres tartályt, vagy töltéskor később kezdte el jelezni, hogy az üres tartályba már betöltődött valamennyi folyadék. A 80 GHz-es jel sokkalta rövidebb hullámhossza miatt viszont a sugárnyalábnak a folyadékba belépő hányada sokkal erősebben csillapodik, mint a 26 GHz-es radarok esetében. Ezért a tartály aljáról visszatérő reflektált jel sokkal kisebb amplitúdójú. A fenéklemezről reflektálódott jel ezért kisebb, mint ami a felszínről verődik vissza. Ez pedig még a legalacsonyabb (néhány milliméteres) folyadékszinteket is megbízhatóan és pontosan mérhetővé teszi. A folyamatok ennek következtében jobban optimalizálhatók, és mivel még a nagyon alacsony folyadékszinteket – még nagy tartályok esetén is – pontosan mérhetjük, a tartály térfogata jobban kihasználható.

Még extrém körülmények között is megbízható töltöttségmérés

Az új VEGAPULS 64 adórendszere is érzéketlennek bizonyult a lerakódásokra vagy a kondenzációra. Kondenzációra különösen az olyan alkalmazásokban kell számítani, amelyben a tartályban végbemenő folyamat hőmérséklete magasabb a tartályon kívüli hőmérsékletnél. A radaradók mindig a tartály fedőlapjába vannak telepítve, és gyakran itt van a tartály leghidegebb pontja is. Ez fokozza a hajlamot a kondenzációra és a szublimációra. Az új VEGAPULS 64-et tehát az ilyen környezetben való használatra tervezték, amelynek következtében különösen érzéketlen a lerakódásokra és a kondenzációra. Ezt mindenek előtt azzal érték el, hogy ehhez alkalmazkodva állították be a vevő érzékenységét a tartály antennaközeli térrészében. A távolságfüggő dinamikus adaptáció csökkenti a zavarok hatását közvetlenül az antenna előtti térben, az antennától távolabbi térben (a valódi mérési tartományban) pedig nagyon magas érzékenységet állít be. Mivel a VEGAPULS 64 karimás változatának antennarendszere tokozott kivitelű, ezért az nagyon könnyen tisztán tartható.

3abra

Az ábrán balra: A VEGAPULS 64 sugárzási kúpszöge csupán 3°. A távadó tehát még a keverőkkel vagy fűtő cső-kígyókkal felszerelt tartályokban is képes megbízható szintmérésre
Az ábrán jobbra: Az új VEGAPULS 64 még a kis dielektromos állandójú anyagok szintjét is képes megbízhatóan mérni. A jó fókuszálásnak köszönhetően még golyóscsapon keresztül is telepíthető

Összefoglalás és előrejelzés

A VEGAPULS 64-rendszerhez különböző kialakítású és méretű antennák állnak rendelkezésre. Jelenleg ¾” menetméretű (14°  kúpszögű), 1½” (7°), DN50 (6°) és DN80 (3°) változatok rendelhetők. Az új radaros szintmérő műszerek 200 példányos nullszériáját 2015 decembere óta a világ számos helyén, sokféle alkalmazásban tesztelték. Főként olyan alkalmazásokat választottak, amelyet korábban problematikusnak vagy nehezen megoldhatónak minősítettek. Ezekben az alkalmazásokban a reflektált jel időfüggvényét rögzítették további feldolgozás és elemzés céljából, amely alapján a jelkondicionálás optimalizálható. A műszerek első, szériagyártású példányait ez év májusában helyezték üzembe. Az első, valóban üzemszerű körülmények között szerzett üzemeltetési tapasztalatok azt mutatják, hogy a VEGAPULS 64 univerzális radaros folyadékszintmérőként használható a petrolkémiai iparban. Ezen kívül a mérőcsövet nem tartalmazó LPG[1]-tartályokban megbízhatóan képes mérni a szintet a petrolkémiai ipar tárolótartályaiban és feldolgozó reaktoraiban.

A VEGAPULS 64-et és a VEGA Grieshaber KG. többi termékét Magyarországon a DATCON Ipari Elektronikai Kft. forgalmazza.

 


[1] 1 LPG: A Liquified Peroleum Gas kifejezés rövidítése, magyarul ezt nevezik „autógáznak”. Kémiai értelemben gáz halmazállapotú szénhidrogének propán, bután, propilén, izobután, butilén stb.) elegye, amely a tartály üzemi nyomásán és a normál klímaviszonyok között folyadék halmazállapotban tárolható ‑ A ford. megj.

 

Clemens Hengstler termékmenedzser, radaros szintmérők – VEGA Grieshaber KG

 

DATCON Ipari Elektronikai Kft.
1148 Budapest, Fogarasi út 5. 27. épület
Tel.: +36 1 460 1000, fax: +36 1 460 1001
E-mail: datcon@datcon.hu
www.datcon.hu


Még több VEGA