Aktuální vydání

celé číslo

10

2022

Chemie, potravinářství a farmacie

celé číslo

Nové ultrazvukové hladinoměry Rosemount 3100

Nové ultrazvukové hladinoměry Rosemount 3100

Společnost Emerson Process Management rozšířila svou nabídku provozních přístrojů pro spojité měření polohy hladiny kapalin o dvouvodičové ultrazvukové hladinoměry řady Rosemount 3100 (Rosemount® 3100 Series Ultrasonic Level Transmitters). Nové přístroje se vyznačují spolehlivostí i prediktivními schopnostmi obvyklými u výrobků značky Rosemount při zachování snadné montáže i jednoduchého způsobu konfigurování. Jsou předurčeny k trvalému sledovaní polohy hladiny kapalin v uzavřených i otevřených nádobách především tam, kde je třeba omezit požadavky na údržbu skutečně na minimum.

Ultrazvukové hladinoměry Rosemount 3100

Novou řadu hladinoměrů Rosemount 3100 (obr. 1) tvoří tři základní modely. Cenově výhodný model 3101 s analogovým výstupem 4 až 20 mA je dostačující pro jednoduché úlohy měření hladiny. Model 3102 je rozšířen o rozhraní HART a vestavěná spínací relé. Model 3105 je certifikován jako jiskrově bezpečný. Modely 3102 a 3105 nabízejí také možnost výpočtu skladovaného objemu v nádržích a průtoku v otevřených korytech. Základní technické parametry všech tří modelů řady jsou shrnuty v tab. 1.

Tab. 1. Základní parametry převodníků polohy hladiny řady Rosemount 3100

Model

3101

3102

3105

Měřicí princip

ultrazvukový (měření doby průletu)

Měřicí rozsah

8 m

11 m

Přesnost přístroje

±5 mm do 1 m, ±0,5 % údaje při vzdálenosti >1 m

±2,5 mm do 1 m, ±0,25 % údaje při vzdálenosti >1 m

Rozlišení

<1 mm

Slepá vzdálenost

0,3 m

Výstup

4 až 20 mA

4 až 20 mA/HART, 2 × relé

4 až 20 mA/HART

Teplota okolí

–20 až +70 °C

–40 až +70 °C

Teplota v nádrži

–30 až +70 °C

Tlak v nádrži

–0,025 až 0,3 MPa

Použití v prostředí s nebezpečím výbuchu

jiskrově bezpečný (ATEX, CSA, IECEx, FM)

Zobrazovač

standardní 4/5 místný LCD pro konfigurování

Výstupní proměnné

výška hladiny, vzdálenost

výška hladiny, vzdálenost, obsah, rychlost toku v otevřeném kanále

Pouzdro

tlakový odlitek z lehké slitiny krytý polyuretanem, senzor ve styku s médiem z PVDF

Stupeň krytí

IP66

Konfigurační nástroje

AMS, 275/375 Field Communicator, Rosemount 3490 nebo jiné zařízení kompatibilní s DDL nebo EDDL

Snímače řady 3100 mají závitové mechanické připojení s přírubovými adaptéry jako příslušenstvím. Pouzdro bezkontaktního senzoru je vyrobeno z chemicky netečného plastu s vynikající odolností proti korozi a vyžaduje jen minimální údržbu. Vestavěné nebo vnější připojené čidlo teploty umožňuje automaticky eliminovat rušivý vliv teploty v prostoru, popř. nad kapalinou na měřenou hodnotu. Snímače lze snadno instalovat a s použitím předprogramovaných převodních závislostí a tabulek také jednoduše konfigurovat.

Do řídicího systému se snímače Rosemount 3100 zapojují způsoby uvedenými na obr. 2. Řadu úloh souvisejících s měřením hladiny a měřením průtoku v otevřených korytech lze vyřešit pomocí řídicí jednotky Rosemount 3490, na kterou lze připojit dva hladinoměry. Výstupy z řídicí jednotky jsou signál 4 až 20 mA s protokolem HART a pět nezávislých relé. Připojené hladinoměry jsou jednotkou napájeny a lze je s její pomocí i konfigurovat.

Diagnostická data ze snímačů lze shromažďovat s použitím softwarové sady Emerson AMSTM nebo jakéhokoliv jiného nástroje komunikujícího v protokolu HART, např. přístroje 375 Field Communicator. Uvedené nástroje nebo popř. místní operátorské rozhraní lze použít také ke konfigurování snímače (obr. 3). Model 3102 má vestavěná dvě výstupní relé, což umožňuje realizovat doplňkové místní řídicí funkce a popř. vydat výstražný signál při dosažení nastavené horní či dolní mezní úrovně.

Hladinoměry Rosemount 3100 jsou vhodné k použití zejména v chemickém průmyslu, při těžbě a zpracování ropy a zemního plynu, v energetice a ve vodohospodářství, vodárenství i v čistírnách odpadních vod. V dalším jsou uvedeny příklady jejich použití ve dvou posledních z uvedených oborů.

Regulace hladiny při odtoku srážkových vod

Vodohospodářský úřad v Austrálii potřebuje regulovat výšku hladiny vody v potoce odvádějícím dešťovou vodu, která za běžných podmínek odtéká do moře. Jde o potok protékající obytnou lokalitou. Při bouřkách může hladina vody v jeho korytě dramaticky stoupnout natolik, že dojde k lokální záplavě sídliště. V suchých obdobích zase koryto potoka vysychá a je zdrojem nepříjemného zápachu. Hladina vody v potoce je přitom velmi turbulentní, zejména za bouřek, kdy korytem mohou nahoru i dolů putovat příčné vlny vysoké až jeden metr.

K nápravě uvedeného nepříznivého stavu úřad nechal na potoce vybudovat uzávěrný objekt se dvěma oddělenými výpustními kanály, hrazenými řízenými deskovými uzávěry, a dvěma výkonnými pumpami, což dohromady udrží hladinu vody v potoce vždy v přijatelných mezích.

Na uzávěrném objektu jsou instalovány celkem čtyři ultrazvukové hladinoměry Rosemount 3100, po jednom před každým z obou deskových uzávěrů a po jednom za nimi. Podle naměřené výšky hladiny nad uzávěry a pod nimi se poté automaticky nastavuje jejich poloha. (Poznámka: na fotografii vpravo je uzávěra bez hradel, dobře patrná jsou však alespoň jejich vedení). Pro to, aby se zabránilo přílišné turbulenci hladiny v místě jejího měření, jsou hladinoměry instalovány při použití uklidňovacích trubek o průměru 5" (obr. 4).

Hladinoměry Rosemount 3100 v použitém uspořádání poskytují jednotce řídící činnost uzávěrného objektu stabilní signály o poloze hladiny vody na přítoku i odtoku. Vybrány byly mj. i proto, že je lze snadno instalovat a jednoduše programovat. Uvedeným řešením se dosáhlo:

  • zábrany záplav způsobovaných přívalovými dešti,
  • nevysychajícího koryta potoku,
  • hladiny vždy v potřebných mezích, bez ohledu počasí,
  • rychlého uvedení řídicího systému do provozu.

Měření výšky hladiny kyseliny a louhu v zásobnících

Efektivita libovolného zařízení generujícího ve velkém vodní páru je kriticky závislá na kvalitě vody přiváděné do parního kotle. K minimalizaci problémů s korozí, kotelním kamenem a tvorbou kalů je třeba z vody odstranit všechny nečistoty. V elektrárně o výkonu 4 000 MW situované ve Velké Británii – jde o největší uhelnou elektrárnu v západní Evropě – se voda čerpá z místního vrtu a dále prochází třístupňovým deionizačním procesem. Cílem je odstranit minerální látky, které jsou v ní rozpuštěné. Deionizační zařízení je třeba pravidelně regenerovat, k čemuž se používají koncentrované roztoky kyseliny sírové a hydroxidu sodného.

Kyselina s koncentrací 98 % a 47% roztok hydroxidu jsou uchovávány v celkem pěti velkých zásobnících: čtyřech s kapacitou po asi 50 t a pátém, na kyselinu, s kapacitou až 148 t, podle potřeby doplňovaných z autocisteren s kapacitou 25 t. Výška hladiny v každém jednotlivém zásobníku je nepřetržitě sledována a zásobník nesmí být nikdy zcela vyprázdněn – kdyby se totiž kaly usazené na dně zásobníku dostaly do deionizátorů, bylo by nutné tato zařízení nákladně asanovat. Má-li být tank doplněn, musí v něm být dost místa na celý 25t náklad autocisterny: vozit částečný náklad je neekonomické a jakékoliv jeho rozlití je nepřípustné.

Modernizace úpravny napájecí vody v elektrárně poskytla příležitost k výměně dosud používaných systémů pro měření výšky hladiny v uvedených zásobnících. Ty byly založeny na snímačích hydrostatického tlaku ponořených v kapalině a vzbuzovaly určité obavy, neboť jejich těsnění měla sklon podléhat agresivním účinkům koncentrovaných žíravých látek. Navíc již byly zcela k nepotřebě zkorodované limitní snímače signalizující dosažení horní a dolní meze hladiny v zásobníku.

Jako náhrada byly pro kontinuální měření polohy hladiny v zásobnících vybrány ultrazvukové hladinoměry typu Rosemount 3102 s chemicky vysoce odolnými senzory s povrchem z polyvinyldifluoridu (PVDF), navíc umístěné vždy na vrcholu zásobníku, kde nepřicházejí do přímého styku s uskladněnou látkou (obr. 5).

Výstup z převodníku 3102 je v daném případě jednak přímo připojen k místnímu zobrazovači umístěnému u vstupní armatury a ukazujícímu (v tunách) množství látky v zásobníku, jednak veden do velínu úpravny. Výstupy relé vestavěných do převodníků 3102 jsou naprogramovány tak, že při překročení nastavené mezní hladiny média v zásobníku je spuštěn hlasitý zvukový výstražný signál. Tím se předchází možnému přeplnění zásobníku a rozlití média. Důležité je to zejména pro operátory u vstupní armatury zásobníku, o jejichž bezpečnost je třeba dbát především.

Provedené zkoušky potvrdily, že měřicí zařízení pracuje s přesností plně vyhovující požadavkům dané úlohy. Během jeho používaní se nevyskytly žádné problémy.

Volbou spolehlivé ultrazvukové techniky pro měření polohy hladiny kapalin bylo ve velmi nepříznivých provozních podmínkách v eleektrárně dosaženo podstatného zmenšení rozsahu údržby současně s vyloučením možnosti výskytu potenciálně nebezpečných událostí.

Závěr

Ultrazvukové hladinoměry řady Rosemount 3100 doplňují nabídku přístrojů pro měření polohy hladiny od společnosti Emerson Process Management, která zahrnuje snímače využívající pěti různých měřicích principů – hydrostatické s měřením rozdílu tlaků, bezkontaktní mikrovlnné, mikrovlnné reflektometrické (s vedenými impulzy), ultrazvukové a vibrační. Umožňují spojitě měřit polohu hladiny v široké škále úloh způsobem „nainstaluj a zapomeň“.

Ultrazvukové hladinoměry nové řady jsou také součástí širokého sortimentu inteligentních digitálních provozních přístrojů dodávaných společností Emerson Process Management. Ve svém úhrnu tyto přístroje umožňují jejímu digitálnímu řídicímu systému na platformě PlantWeb® zvýšit efektivitu závodu o dva i více procentních bodů, a to cestou optimalizace využití výrobních aktiv, automatizace technologických procesů a správného manažerského řízení.

Více informací je k dispozici na http://www.emerssonprocess.cz

[Firemní materiály Emerson Process Management.]

Karel Suchý

Obr. 1. Hladinoměr řady Rosemount 3100
Obr. 2. Hladinoměry Rosemount 3100 v řídicím systému
Obr. 3. Hladinoměr při konfigurování na místě
Obr. 4. Hladinoměry Rosemount 3100 na návodní straně dvoukanálové uzávěry (fotografováno ještě bez deskových uzávěrů)
Obr. 5. Umístění převodníku hladiny na zásobníku s kyselinou

Příspěvek lze ve formátu PDF stáhnout zde