CE 05 2010.indd - Endress+Hauser Portal

CASE STUDY
Kryteria doboru anteny
bezkontaktowego, radarowego
przetwornika poziomu
RozwiĎzania konstrukcyjne zwiēkszajĎce bezpieczeĝstwo
i uãatwiajĎce eksploatacjē
Bezkontaktowe przyrządy do pomiaru
poziomu, stosowane w inżynierii przemysłowej od ponad 40 lat, są uważane za istotny element optymalizacji procesów sterowania oraz regulacji, jeżeli pracują w zbiornikach procesowych i buforowych, jak również służą do wizualizacji, planowania dostaw
środków produkcji i monitorowania ilo-
ści wyrobów gotowych w zbiornikach
i silosach magazynowych. Przyrządy
mikrofalowe i akustyczne są godnymi uwagi zamiennikami wag tensometrycznych ze względu na atrakcyjną cenę, bezobsługowość, brak części ruchomych i realizowanie pomiaru bez kontaktu z medium, nierzadko
z zewnątrz zbiornika bez konieczności
ingerencji w jego konstrukcję mechaniczną, jeżeli jest wykonany z tworzywa sztucznego lub szkła. Przetworniki
radarowe i ultradźwiękowe zajmują
również miejsca ustępujących sond
hydrostatycznych z uwagi na niewrażliwość na zmiany gęstości czynnika
mierzonego, szoki ciśnieniowe i temperaturowe oraz na dużo lepszą odporność chemiczną (brak bezpośredniego zwilżania czujnika).
Dokładność pomiaru poziomu za pomocą bezkontaktowego, radarowego
przetwornika poziomu ma podstawowe znaczenie w zbiornikach stokażowych. W przypadku aparatów procesowych i buforowych kluczową wagę
Fot. 1. Antena stożkowa
Fot. 3. Antena stożkowa, żaroodporna z chłodzeniem gazowym
20
l
MAJ 2010 CONTROL ENGINEERING POLSKA
l
www.controlengpolska.com
Fot. 2. Antena stożkowa cofnięta
i przesłonięta dyskiem teflonowym
przykłada się do powtarzalności wskazań radaru. W każdym z tych przypadków zasadnicze znaczenie ma konstrukcja anteny przyrządu. Jest to najważniejszy element jego budowy, od
którego zależy bezpieczeństwo i ciągłość pracy oraz oczekiwana, długa
żywotność pomiaru bez konieczności ponoszenia nakładów na utrzymanie ruchu. Poprawny montaż anteny
w zbiorniku stanowi ważne uzupełnienie, bez którego trudno rozwiązać zadanie pomiaru zgodnie z wymaganiami użytkownika.
CASE STUDY
Metalowa antena stożkowa (Fot. 1.)
jest podstawową, jakiej używa się
w większości zadań pomiarowych.
Należy zapewnić możliwie największą
jej średnicę i zadbać o wybór uszczelnienia anteny o właściwej odporności
chemicznej na czynniki lotne w zbiorniku. Anteny stożkowe radarowych przetworników poziomu Endress+Hauser
są dostarczane z podwójnym uszczelnieniem i unikatowym dławieniem gazoszczelnym wiązki elektrycznej, tworzącym drugą linię obrony przed penetracją toksyczną lub ciśnieniową. Te cechy konstrukcyjne wydatnie zwiększają
szczelność punktu pomiarowego i bezpieczeństwo na instalacji użytkownika.
W reaktorach procesowych, mieszalnikach i podobnych aparatach, w których
występują trudne warunki chemiczne, intensywne parowanie, wymagana jest higiena lub aseptyczność, antenę stożkową wycofuje się do krawędzi
przyłącza technologicznego i przesłania grubym dyskiem teflonowym z częścią sferyczną (Fot. 2.), uzyskując odpowiednią odporność chemiczną i bardzo pożądaną właściwość grawitacyjnego usuwania skroplin z anteny. Dysk
teflonowy można zastąpić przesłoną żaroodporną (Fot. 3.) w kombinacji z wentylowaniem anteny chłodnym
gazem technicznym, co umożliwia zrealizowanie pomiaru w temperaturach
procesowych dochodzących do 1000
°C (np. piec magnezowy). Inne warianty anteny stożkowej to m.in. wersja
z płaszczowym grzaniem parą nasyconą (Fot. 4.) w celu ciągłego usuwania
z anteny czynnika krystalizującego lub
sedymentującego (np. siarka), wersja
z przedmuchem pneumatycznym suchym gazem technicznym i pozycjonerem (Fot. 5.) do pomiarów poziomu
pylących materiałów sypkich oraz kruszyw o nierównym usypie (np. kamień
wapienny, koks, piasek) czy też wersja
ekonomiczna stożka (Fot. 9.) – tworzywowa i metalizowana od wewnątrz –
do realizacji podstawowych zadań pomiarowych w gospodarce wodno-ściekowej czy przetwórstwie minerałów.
Metalowa antena paraboliczna (Fot.
5.) stanowi uzupełnienie w wybranych
modelach radarów, realizowane przez
Endress+Hauser dla zbiorników magazynowych podlegających kontroli metrologicznej Głównego Urzędu
Miar i rozmieszczonych w granicach
tworzonych lub już istniejących skła-
dów podatkowych (np. olej napędowy,
mazut), jak również w pomiarach poziomu, objętości lub masy w wąskich
i wysokich silosach stokażowych zasypywanych pneumatycznie lub grawitacyjnie materiałami o niskiej stałej dielektrycznej (np. pszenica, wapno palone, pelety drzewne). Kąt emisji sygnału wysokiej częstotliwości do
wnętrza zbiornika jest wówczas równy
3.5 stopnia, dynamika sygnału (stosunek echa użytecznego do szumów)
sięga 120 dB, a zintegrowany pozycjoner umożliwia neutralizację odchyłek od pionu pierwotnego króćca pomiarowego oraz minimalizację odbić
wtórnych sygnału powodowanych lejami lub stożkami usypowymi.
Antena prętowa (Fot. 6.), wykonana
z tworzywa sztucznego, jest przeznaczona do montażu w wąskich króćcach
pomiarowych. Ze względu na duży kąt
emisji sygnału mikrofalowego, użyteczność tej konstrukcji jest ograniczona
i wymaga doświadczenia w uruchomieniu radaru. Z reguły bowiem, ze względu na występowanie dużej liczby statycznych elementów konstrukcyjnych
w zbiorniku w kombinacji z nieprzewodzącym czynnikiem mierzonym, niezbędne jest dokładne mapowanie całego wnętrza zbiornika i uruchomienie
dodatkowych filtrów sygnałowych w radarze.
W prowadnicach dachu pływającego,
w rurach wgłębnych i naczyniach po-
Fot. 5. Antena paraboliczna
ziomowskazowych trudno jest dokładnie opisać panujące warunki ze względu na możliwą korozję ścianek, nierówne spawy, brak dokładnych informacji o sposobie otworowania czy zmiany średnicy powodowane niedokładnością wykonania rury lub obecnością
wysłużonego, wymagającego wymiany
przetwornika pływakowego (tzw. butelka). W takich przypadkach korzystnym
rozwiązaniem jest użycie anteny płaskiej (tzw. planarnej, fot. 7.), generującej
pole elektromagnetyczne koncentrycznie w osi rury. Pozwala to na skuteczne
uruchomienie pomiaru bezkontaktowego i osiągnięcie pierwotnie deklarowanych parametrów metrologicznych.
Bezpieczeństwo pomiaru poziomu za
pomocą bezkontaktowego, radarowego przetwornika poziomu z poprawnie wybraną anteną zależy również
od własności części logicznej (inteligentnej) przyrządu. Pracując w odpowiedzialnych punktach instalacji pro-
Fot. 4. antena stożkowa z grzaniem parą
www.controlengpolska.com
l
CONTROL ENGINEERING POLSKA MAJ 2010
l
21
CASE STUDY
Fot. 8. Stanowisko fabryczne Endress+Hauser wzorcowania
radarów bezkontaktowych
Fot. 6. Zabudowa anteny prętowej
cesowej, radary służą nie tylko do celów wizualizacji lub regulacji. W chemii ciężkiej lub w przemyśle rafineryjnym ich zadaniem jest pełnienie funkcji
sensorycznej w pętlach blokadowych,
na które nałożono obowiązek inicjalizacji obwodów ESD w przypadku zagrożenia przelaniem zbiornika. Radary
Endress+Hauser, jako jedyne na rynku,
są dopuszczone do pracy w obwodach
zabezpieczeniowych, posiadają oznaczenie SIL2 wg PN-EN 61508 wraz ze
stosowną dokumentacją i zostały przebadane pod kątem parametrów niezawodnościowych przez niezależne instytucje inżynierskie (Exida.com, TÜV).
Dokładność i powtarzalność pomiaru poziomu za pomocą bezkontaktowego, radarowego przetwornika poziomu z poprawnie wybraną anteną jest bardzo często przedmiotem
Fot. 7. Antena płaska do prowadnic
dachu pływającego, rur wgłębnych
i poziomowskazów
22
l
MAJ 2010 CONTROL ENGINEERING POLSKA
l
obiecujących deklaracji producenta, które trudno zweryfikować przed
dostawą.
Radarowe
przetworniki
Endress+Hauser, jako jedyne na rynku, są dostarczane z 5-punktowym, pisemnym świadectwem wzorcowania,
które niezależnie od zapisów odnośnie cech metrologicznych, jakie znajdują się w kartach katalogowych, stanowi potwierdzenie deklarowanych
dokładności i powtarzalności pomiaru.
Fabryczne, poziome stanowisko wzorcowania przyrządów dalmierzem laserowym o niepewności pomiarowej równej ±0,25 mm (Fot. 8.) posiada akredytację holenderskiego instytutu metrologicznego (NMi). Po stronie inwestora
lub użytkownika dostarczanego radaru jest decyzja, jaką dokładność w warunkach odniesienia powinien osiągnąć przyrząd pomiarowy (±15, ±10,
±3 lub ±1 mm).
Dobór właściwego, bezkontaktowego przetwornika poziomu wymaga od
projektanta lub użytkownika końcowego doświadczenia i wiedzy technicznej. Endress+Hauser jest największym
światowym producentem przyrządów
do pomiaru poziomu, cenionym przez
setki tysięcy ich zadowolonych użytkowników ze względu na umiejętności
ekspertów Endress+Hauser doboru
poprawnego rozwiązania pomiaru poziomu, które gwarantuje za każdym razem spokojną pracę, bezpieczeństwo
www.controlengpolska.com
i najwyższą jakość wykonania bez nadmiarowego uszczerbku dla budżetu inwestora. Nie bez znaczenia pozostaje
wsparcie użytkownika po sprzedaży,
które w Endress+Hauser jest zapewnione na wiele lat po zakończeniu produkcji przyrządu pomiarowego w postaci wiedzy doświadczonych inżynierów serwisu i dostępu do części zamiennych dla urządzeń.
Fot. 9. Ekonomiczna antena stożkowa
z tworzywa sztucznego, metalizowana
od wewnątrz
Endress+Hauser Polska sp. z o.o.
ul. Wołowska 11, 51-116 Wrocław
tel. +48 71 773 00 00
http://www.pl.endress.com
e-mail: [email protected]