Aktuální vydání

celé číslo

06

2019

Počítačová podpora vývoje a výroby, software pro řízení údržby 

celé číslo

Měření hladiny v energetice a teplárenství

Společnost Level Instruments CZ – Level Expert, s. r. o., se specializuje na dodávky měřicí techniky pro průmyslové provozy, zejména techniky k měření polohy hladiny kapalin a sypkých látek, rozhraní mezi nemísícími se kapalinami a k měření tlaku. Společnost mj. nabízí přístroje a systémy vyhovující specifickým požadavkům nejrůznějších odvětví průmyslu. Přístroje uživateli poskytují spolehlivé údaje o poloze hladiny měřeného produktu, tj. jeho množství, a tlaku bez ohledu na druh média. Společnost dodává měřicí techniku pro jakékoliv odvětví průmyslu včetně poskytnutí bezplatného technického poradenství, vypracování návrhu měřicího řetězce, zapůjčení snímačů a jejich vyzkoušení u zákazníka. Tento článek popisuje měření polohy hladiny v energetice a teplárenství.

Zásobníky v uhelné elektrárně

Hlavním energetickým zdrojem ve spalovací uhelné elektrárně je vytěžené uhlí – antracit nebo hnědé uhlí. V některých elektrárnách je denně v kotlích spalováno více než 1 000 tun uhlí. To je v našich podmínkách ve většině případů dopravováno po železnici. Uhlí je obvykle skladováno v uhelných zásobnících o výšce do 30 m a odtud je přepravováno pásovými dopravníky do elektrárny. Další pásový dopravník často dopravuje uhlí do přechodných uhelných zásobníků. Před spalováním je uhlí v rotačních mlýnech rozemleto na prášek. 

Hladimoměr Vegapuls 68 v zásobníku s uhlím

V prostředí, kde je opravdu velká prašnost, je možné získat spolehlivé výsledky pouze bezkontaktním měřením polohy hladiny (obr. 1). Právě zde se uplatní radarový hladinoměr Vegapuls 68 (obr. 2), který byl speciálně vyvinut pro měření sypkých materiálů a zároveň nabízí všechny výhody bezkontaktního měření polohy hladiny do 70 m. K dispozici jsou i verze se schválením ATEX do prostředí s nebezpečím výbuchu prachu. Hladinoměr Vegapuls 68 má jako jediný schválení do prostředí s nebezpečím výbuchu ATEX I M - Skupina I – Elektrická zařízení pro doly s výskytem metanu. 

Alternativa: hladinoměr Vegapuls 69

Jiným hladinoměrem vhodným k měření pevných látek v prašném prostředí je Vegapuls 69. Na obr. 3 je znázorněno měření zaplnění mezizásobníku uhlí. Zatímco Vegapuls 68 pracuje na pulzním principu – vysílá k hladině krátké signály a měří dobu, za kterou se odražený signál vrátí zpět, Vegapuls 69 pracuje s kontinuálním signálem s rozmítaným spektrem (FMCW – Frequency Modulated Continuous Wave) a měří mezifrekvenci signálu složeného z vysílaného a odraženého signálu. Vegapuls 69 díky svému úzkému vyzařovacímu úhlu měří polohu hladiny i v prostoru úzké výsypky s velkou přesností. Použitá měřicí metoda s velkým dynamickým rozsahem 120 dB (dynamický rozsah udává poměr mezi nejslabším a nejsilnějším signálem, které hladinoměr dokáže zpracovat) umožňuje přístroji poskytovat spolehlivé údaje o poloze hladiny i přes špatné odrazové vlastnosti materiálu.

Hladinoměr Vegapuls 69 pracuje na frekvenci 79 GHz, což dovoluje dosáhnout podstatně lepšího zaostření vysílaného signálu než u hladinoměru Vegapuls 68 s frekvencí 26 GHz. V zásobnících a silech s mnoha vnitřními překážkami lepší zaostřování pomáhá zmenšit vliv případných falešných odrazů. Znamená to, že i při složité vnitřní struktuře zásobníku lze měřit spolehlivě a přesně. Vegapuls 69 má také větší měřicí rozsah, do 120 m.

Obecně lze říci, že Vegapuls 68 je vhodný do opravdu extrémních provozních podmínek, zatímco Vegapuls 69 je vhodný pro velmi vysoká sila a zásobníky se složitou vnitřní strukturou. 

Ochrana proti přeplnění zásobníku

Jedním z nejdůležitějších požadavků na měření v uhelném zásobníku je robustnost. Proto se v nich pro ochranu proti přeplnění používají robustní rotační nebo kapacitní spínače, které dokonale vyhovují i v těchto náročných podmínkách.

Velmi dobře se zde uplatní limitní kapacitní spínače Vegacap 65 (obr. 5), které jsou charakteristické svou robustností a spolehlivostí, ale i stabilní mechanickou konstrukcí a snadným uvedením do provozu. Kondenzace ani nánosy nemají na spolehlivost ochrany proti přeplnění vliv. Limitní spínač Vegacap 65 je vybaven lanovou elektrodou, kterou je možné libovolně zkrátit.

Mezi vysoce spolehlivé hladinové spínače určené pro sypké materiály patří limitní rotační spínače Rotonivo RN3000/RN6000 (obr. 6), které jsou ideálním řešením pro úlohy jak s běžnými provozními podmínkami, tak do prostředí s vysokou provozní teplotou a tlakem. Spínače jsou určeny k detekování polohy hladin sypkých a prašných materiálů ve všech typech zásobníků. Jejich přednostmi jsou spolehlivost, jednoduchá funkce, provoz bez údržby a kompaktní provedení s malými rozměry.

Hladinové spínače řady Rotonivo v běžném provedení pracují v prostředí o teplotě až +600 °C a nově je k dispozici vysokoteplotní verze pro provozní teploty do +1 100 °C. Jde o jediné hladinové spínače pro sypké materiály na světě použitelné při takto vysokých provozních teplotách. Spínače Rotonivo RN3000/6000 jsou schváleny k použití v prostředí s nebezpečím výbuchu podle normy ATEX (prach a plyn). Vzhledem k široké nabídce typů a variant těchto limitních spínačů je možné zvolit přístroj přesně pro danou úlohu nebo vyrobit spínač „na míru“ podle požadavků zákazníka. Velkou předností spínačů Rotonivo je jejich použitelnost pro téměř všechny sypké látky, od polystyrenových kuliček až po kamenivo s frakcí desítky centimetrů – a tedy i pro uhlí v zásobníku. 

Parní kotel

V uhelné elektrárně se spalováním uhlí vyrábí pára o teplotě až +400 °C a tlaku do 16 MPa. Pro bezpečný provoz parního kotle je třeba velmi spolehlivě regulovat hladinu vody a udržovat ji mezi dolní a horní hranicí (obr. 7).

Pro tyto účely je vhodný hladinoměr s vedenou vlnou (TDM – Time Domain Reflectometry) Vegaflex 86 (obr. 8). Při měření v parních kotlích se sytou párou zajišťuje spolehlivost měření provedení se speciální referenční sondou, tzv. kompenzátorem páry. Kompenzátor nesmí být nikdy zatopen vodou, a proto je nutné mezi přírubou hladinoměru a horní úrovní hladiny konstrukčně zaručit mrtvou zónu alespoň 450 mm. Vegaflex 86 představuje ekonomicky výhodné, spolehlivé a bezpečné řešení měření hladiny vody v parním kotli s jednoduchou obsluhou a nastavením. Možnost zkracování sondy usnadňuje přizpůsobení dané úloze.

Vzhledem k širokým možnostem diagnostiky je provoz zařízení velmi spolehlivý. Hladinoměr je možné použít k měření v zařízeních s úrovní funkční bezpečnosti SIL 2 nebo SIL 3 podle IEC 61508.

Pro limitní měření v této úloze je vhodný vibrační spínač Vegaswing 66 (obr. 9). Ten se používá jako limitní hladinový spínač pro všechny kapaliny. Dodáván je v kompaktní verzi i s trubkovým prodloužením. Vzhledem k funkcím autodiagnostiky je velmi spolehlivý a bezpečný – lze jej použít pro zařízení s úrovní funkční bezpečnosti SIL 3. Výhodou je také široký rozsah provozních teplot (do +450 °C) a tlaků (do 16 MPa). 

Závěr

Článek ukazuje, že společnost Level Instruments CZ – Level Expert má ve své nabídce měřicích zařízení i přístroje pro náročnější provozní úlohy. Zákazníkovi jsou při jeho výběru a návrhu vhodného řešení i při instalaci a uvedení přístroje do provozu nápomocni pracovníci společnosti s dlouholetými zkušenostmi. Všechny dodávané přístroje vyhovují příslušným českým i evropským normám. 

(LEVEL INSTRUMENTS CZ –LEVEL EXPERT, s. r. o.)

Obr. 1. Měření zaplnění vstupního zásobníku s uhlím

Obr. 2. Radarový hladinoměr Vegapuls 68

Obr. 3. Měření zaplnění mezizásobníku s uhlím

Obr. 4. Radarový hladinoměr Vegapuls 69

Obr. 5. Kapacitní hladinový spínač Vegacap 65

Obr. 6. Rotační limitní spínače Rotonivo RN 3000 v základné verzi a s trubkovým prodloužením

Obr. 7. Měření hladiny v parním kotli

Obr. 8. Radarový hladinoměr s vedenou vlnou Vegaflex 86

Obr. 9. Vibrační hladinový spínač Vegaswing 66