Aktuální vydání

celé číslo

01

2020

Operátorské panely, HMI, SCADA

celé číslo

Měření polohy hladiny kapalin přes stěnu nádrže

Měření hladiny je vedle měření teploty a tlaku nejčastějším požadavkem při řízení technologických procesů. Snímače hladiny využívají řadu fyzikálních principů. Nejznámější jsou snímače vodivostní, kapacitní, plovákové, vibrační, ultrazvukové a mikrovlnné. K méně známým metodám patří měření neinvazivními příložnými ultrazvukovými snímači. Tyto snímače vykazují ve srovnání s ostatními metodami jeden zásadní rozdíl, a to je měření hladiny přes stěnu nádrže, bez přímého kontaktu snímače s kapalinou nebo výpary (atmosférou) uvnitř nádrže. Jde o zásadní změnu v přístupu k měření hladiny, která přináší mnoho jednoznačných výhod:
  • nezasahuje se do celistvosti stěny nádrže,
  • životnost snímače instalovaného vně nádrže, mimo agresivní prostředí, je podstatně delší,
  • náklady na instalaci jsou minimální,
  • snímač je možné instalovat na nádrž za plného provozu, nádrž není nutné otevírat či vyprázdnit,
  • u tlakových nádob není po instalaci nutná tlaková zkouška.
Společnost Sonotec jako specialista na ultrazvukovou měřicí techniku uvedla koncem loňského roku na trh další přírůstek do své řady neinvazivních ultrazvukových snímačů pod názvem Sonocontrol 40.
 

Sonocontrol 40 – základní charakteristika

Snímač Sonocontrol 40 (obr. 1) je určen pro detekci limitní polohy hladiny kapalin nebo zkapalněných plynů přes stěnu nádrže. Měří dobu mezi vysláním ultrazvukového signálu a detekcí jeho odrazu. Na rozdíl od předešlého typu Sonocontrol 40 má nový snímač oddělenou ultrazvukovou sondu a vyhodnocovací elektroniku. Obě části jsou propojeny kabelem požadované délky. Tato konfigurace dává větší volnost při výběru měřicího místa. Lze použít sondy pro minimální nebo naopak maximální rozměry nádrží (reálně dosažitelný rozsah měření je 10 mm až 20 m), dále lze využít sondy se standardním nebo rozšířeným teplotním rozsahem (–40 až +140 °C) a v tomto roce sortiment doplní sonda s provozní teplotou až +200 °C. Vyhodnocovací elektronika využívá nový software, v němž jsou zhodnoceny bohaté zkušenosti firmy Sonotec s neinvazivní metodou měření hladiny přes stěnu. Inovovaný vyhodnocovací algoritmus zaručuje maximální spolehlivost celého měřicího řetězce. Ze zákaznického pohledu nový software umožňuje jak instalaci plug-and-play v jednoduchých úlohách (uživatel nic nenastavuje), tak volné nastavení všech důležitých parametrů (výkon vysílače, zesílení přijímače, filtrace šumů) ve složitých úlohách tak, aby bylo dosaženo vždy optimálního výsledku.
 

Příklad použití – detekce hladiny kondenzátu

Jako ukázka možností měření pomocí ultrazvukových snímačů může posloužit použití snímačů Sonocontrol pro detekci maximální hladiny kondenzátu v separační nádobě při čerpání zemního plynu z podzemních zásobníků. Před vstupem do soustavy plynovodů je nutné plyn vysušit, tj. odstranit vlhkost, která by mohla způsobit např. zamrzání ventilů. K tomu je určen vysokotlaký separátor (obr. 2), kde plyn o tlaku přibližně 10 MPa proudí soustavou trubek, přičemž jsou mechanicky odděleny kapky vody, která stéká na dno separátoru. Aby proces účinně a dlouhodobě fungoval, je nutné po překročení
limitní hladiny kondenzát ze separátoru odpustit. Podmínky měření jsou velmi náročné – tlak 10 MPa, tloušťka ocelové stěny separátoru přibližně 40 mm (obr. 3), prostředí s nebezpečím výbuchu.
 
Zde se ukazuje jako optimální použití ultrazvukových snímačů s měřením přes stěnu. Funkce snímače je naprosto nezávislá na tlaku (či jeho změnách) uvnitř nádoby. Snímač lze nainstalovat rychle a bezpečně, pouze za použití upínacího pásku a šroubováku (obr. 4) – bez vrtání nebo řezání do nádrže (to je zvláště v prostředí s nebezpečím výbuchu problém), bez nebezpečí vzniku pozdějších netěsností a bez potřeby vykonání revize tlakové nádoby po instalaci.
 

Závěr

Snímače hladin představují pestrou nabídku různých metod a principů. Vždy záleží na konkrétních podmínkách měření, která metoda je v daném případě nejvhodnější. Neinvazivní měření hladiny přes stěnu nabízí nové možnosti použití, od pouhé detekce a měření polohy hladiny kapalin až po získávání dalších informací z procesů odehrávajících se uvnitř nádrže – nepřímé měření hustoty kapaliny, detekce usazenin v kapalině atd.
 
Ing. Martin Dostalík,
SONOTEC s. r. o.
 
Obr. 1. Sestava snímače Sonocontrol 40
Obr. 2. Vysokotlaký separátor kondenzátu
Obr. 3. Tloušťka stěny separátoru je enormní
Obr. 4. Snímač Sonocontrol instalovaný na stěně separátoru