Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Spolehlivé měření polohy hladiny a tlaku ve specifických podmínkách chemického průmyslu

Společnost Level Instruments CZ – Level Expert, s. r. o., se specializuje na nabídku a dodávku široké škály vysoce kvalitních přístrojů a systémů určených především k měření polohy hladin, průtoku, tlaku, teploty a rozhraní kapalin, které vyhovují specifickým požadavkům v nejrůznějších průmyslových odvětvích. Tyto přístroje poskytují uživateli velmi spolehlivé údaje např. o poloze hladiny měřeného produktu (tj. jeho množství) a zároveň i o tlaku, a to bez ohledu na druh měřeného média. Společnost dodává měřicí techniku pro jakékoliv odvětví průmyslu včetně bezplatného technického poradenství, vypracování návrhu měřicího řetězce, zapůjčení přístrojů k jejich vyzkoušení u zákazníka a poprodejního servisu.

 

Tento článek je zaměřen na představení a příklady využití přístrojů, které se využívají k měření polohy hladiny a tlaku ve velmi specifických a náročných podmínkách chemického průmyslu. Jde o moderní a osvědčené hladinoměry značky VEGA Grieshaber KG, které na český a slovenský trh dodává společnost Level Instruments CZ –
Level Expert.

Na přístrojové vybavení v chemickém průmyslu jsou kladeny velmi vysoké požadavky. Procesy v tomto průmyslu probíhají v širokém rozsahu teplot a tlaků a často za přítomnosti vysoce nebezpečných chemických látek, které bývají rizikové i z hlediska výbuchu. Nejvyšší prioritou ve všech složitých měřicích úlohách chemického průmyslu je tedy bezpečnost, a proto jsou přístroje VEGA vyrobeny z velmi odolných mate­riálů, které mohou být používány i v nejnáročnějších podmínkách a extrémních úlohách. Samozřejmostí je všestranná certifikace těchto přístrojů, včetně certifikátů pro použití v bezpečnostních systémech až do SIL 2.

Správně zvolená měřicí technika zaručuje v chemickém průmyslu vysokou bezpečnost, snížení nákladů a také ochranu životního prostředí. Poruchovost snímače např. z důvodu špatně zvolené metody měření může mít za následek odstavení výroby a s tím spojené velké finanční ztráty a v horší variantě i ohrožení zdraví a bezpečnosti pracovníků i okolí.

Pro zajištění větší bezpečnosti při kontrole a diagnostice zařízení je určena aplikace VEGA Tools, která využívá rozhraní Bluetooth, díky němuž je možné zjišťovat aktuální stav zařízení prostřednictvím chytrých telefonů či tabletů. Tak může určený technik sledovat informace, nastavovat zařízení a ověřovat jejich funkčnost z bezpečného místa a vzdálenosti. Práce servisních a bezpečnostních techniků, dříve fyzicky náročná i nebezpečná, protože vyžadovala fyzicky dojít, vyšplhat nebo se spustit ke kontrolovanému snímači, je tudíž mnohem jednodušší, pohodlnější a rychlejší. Proto je též možné zkrátit intervaly ověření funkčnosti a tím zvýšit bezpečnost výroby. Aplikace je k dispozici zdarma pro mobilní zařízení s operačními systémy iOS i Android.

 

Měření hladiny v rekuperačním kotli

V kotli rekuperačního výměníku tepla prochází topnými trubkami horký procesní plyn (obr. 1). Je v nich ochlazen a jeho teplo předané vodě je k dispozici pro další využití. Aby nedocházelo k chodu rekuperačního kotle nasucho a tím k nebezpečnému přehřívání, je nutné spolehlivě sledovat hladinu vody v kotli. Pro maximální bezpečnost je měření redundantní a používají se dva snímače pracující na rozdílných principech.

Je třeba měřit v rozsahu do 3 m, přičemž měřeným médiem je voda o teplotě +300 až +450 °C a o tlaku 10 až 16 MPa. Problémem je kolísání hustoty, vodivosti a dielektrické konstanty horké vody. Bylo třeba najít řešení, které je spolehlivé za všech provozních podmínek, cenově efektivní a nevyžaduje velkou údržbu.

Vhodným produktem pro tuto úlohu je kontinuální hladinoměr Vegaflex 86 s vedenou vlnou (obr. 2; na obr. 1 je instalován v obtokové trubce). Pro použití v rekuperačním kotli je důležité, že tento hladinoměr může být vybaven automatickou kompenzací vlivu syté páry.

Výskyt syté páry a plynů, změny teploty a vysoké tlaky totiž ovlivňují rychlost šíření radarových impulzů. Existují dvě možnosti, jak tyto odchylky korigovat. První je manuální: operátor vyhledá v tabulkách dodaných s přístrojem pro daný plyn (v tomto případě pro sytou páru), teplotu a tlak hodnotu korekce a zadá ji do řídicího systému, v němž je vyhodnocován údaj ze snímače. Předpokladem správné kompenzace ovšem je, že se teplota a tlak v nádrži v průběhu měření nemění, což v tomto případě nelze zaručit.

Druhou možností je automatická kompenzace pomocí referenčního cíle. Hladinoměr Vegaflex 86 může být volitelně vybaven právě touto automatickou kompenzací: hodnota korekce se automaticky určuje z měření doby šíření radarového impulzu k referenčnímu cíli umístěnému na vodicí tyči hladinoměru ve známé vzdálenosti. Tato kompenzace spolehlivě funguje i při měnící se teplotě a tlaku. Animace principu automatické kompenzace vlivu syté páry u parních kotlů je součástí videozáznamu společnosti VEGA, který je dostupný na https://youtu.be/BzpvDGoCQeE.

Snímač Vegaflex 86 může být vybaven speciálním keramicko-grafitovým těsněním, které je vhodné pro provozní teploty až +450 °C.

K dispozici je schválení pro SIL 2 a schválení podle EN 12952-11:2007 (Vodotrubné kotle a pomocná zařízení – Část 11: Požadavky na omezovací zařízení pro kotle a příslušenství) a EN 12953-9 :2007 (Válcové kotle – Část 9: Požadavky na omezovací zařízení pro kotle a příslušenství).

Pro spolehlivou detekci minimální a maximální polohy hladiny vody jsou v rekuperačním kotli umístěny vibrační hladinové spínače Vegaswing 66 (obr. 3; https://youtu.be/zL2gkqMHVpg). Tyto spínače mají vysokou úroveň bezpečnosti díky vlastní kontrole snímacího prvku a elektroniky. Funkci spínačů může operátor snadno otestovat stisknutím tlačítka.

Spínače spolehlivě pracují i při vysokých teplotách (do +450 °C) a tlacích (do 16 MPa). K dispozici je schválení pro SIL 2 a pro parní kotle.

 

Měření hladiny a tlaku v pračkách plynu

Pračky plynu jsou zařízení určená k odstraňování nežádoucích složek z plynů a plynných směsí. První pračky plynů byly vyvinuty pro odstraňování oxidu uhličitého ze vzduchu v ponorkách. Dnes se používají v mnoha úlohách v chemické výrobě, farmacii, energetice nebo technice životního prostředí k odstraňování pevných částic i nežádoucích plynných příměsi z ovzduší, ze spalin nebo z technických plynů.

Pro chemický průmysl je určena pračka plynu, která pomocí dvou promývacích kolon odděluje ze směsi plynů oxid uhličitý (obr. 4). Směs dusíku, vodíku a oxidu uhličitého prochází potrubím do kolony prvního stupně. Přidané rozpouštědlo, obvykle anilin, se váže s oxidem uhličitým, který je pak v kapalné formě dopravován do druhé kolony, desorbéru, kde je „vymyt“ z kapaliny. Během absorpčního procesu, který probíhá při vysokém tlaku a nízké teplotě, je třeba monitorovat provozní tlak. Separace oxidu uhličitého z kapaliny v druhé koloně postupuje za nízkého tlaku a vysoké teploty a v koloně je zapotřebí udržovat pokud možno konstantní hladinu kapaliny.

Pro monitorování tlaku v pračce plynu jsou vhodné snímače Vegabar 83 (obr. 5), které přesně měří i při vysokých tlacích. Jejich kovová měřicí buňka je chemicky velmi odolná, což zajišťuje dlouhodobý provoz bez údržby. Rozsah měření je do 100 MPa při teplotě média od –40 do +200 °C.

V druhé koloně se používají snímače Vegabar 82 (obr. 6), které měří tlak na dně kolony a nad hladinou; z jejich rozdílu se elektronicky vyhodnocuje rozdíl obou tlaků. Měření je velmi spolehlivé a nemají na něj žádný vliv konstrukce v nádrži. Integrovaný snímač teploty šetří náklady na další přístroje pro měření teploty. Snímače tlaku Vegabar 82 po­užívají keramickou měřicí buňku CERTEC® s velkou spolehlivostí a přetížitelností. Rozsah měření tlaku je –100 kPa až 10 MPa a teploty –40 až +150 °C.

Měření hladiny kapalin v přepravních kontejnerech IBC

V mnoha výrobních procesech v chemickém průmyslu jsou potřebná malá množství různých chemikálií, např. pro zlepšování vlastností určitých produktů. Tyto chemikálie jsou často dodávány přímo do výrobních prostor v malých přepravních kontejnerech. V současné době jsou nejrozšířenější standardizované kontejnery IBC (Intermediate Bulk Container; obr. 7). Jde o plastové nebo kovové nádoby v rozměrech daných normou, usazené na paletě a umístěné v kleci odolné proti mechanickému poškození i korozi. Jejich objem je do 3 m3. Vlastní nádoba může být z plastu, kompozitního materiálu, běžné oceli nebo korozivzdorné oceli. Kromě snadné manipulace jsou výhodami nízká cena, dobrá skladovatelnost a částečná možnost opakovaného použití. Kontejnery jsou odolné proti mnoha typům agresivních chemikálií a je k nim dodáváno různé příslušenství. Možnosti jejich využití jsou široké: používají se jako nádoby na pitnou nebo užitkovou vodu, potravinářské produkty, chemické a petrochemické produkty, agrochemikálie nebo farmaceutické suroviny a výrobky. Ve speciálním provedení je lze použít i na hořlaviny a výbušné látky. Kromě kapalin v nich lze přepravovat i sypké látky, prášky nebo granuláty.

Přesné měření hladiny v těchto kontejnerech zajišťuje nepřetržitý přísun materiálu pro výrobu (obr. 8).

Vhodným produktem pro plastové kontejnery je hladinoměr Vegapuls Air 23 (obr. 9). Jde o radarový hladinoměr, který přesně měří polohu hladiny různých médií přes víko nádoby. Rozsah měření je do 3 m s přesností ±5 mm. Pracuje na frekvenci 80 GHz, má vlastní napájení z baterií a bezdrátový přenos naměřených hodnot (NB-IoT, LoRa). Nevyžaduje tedy ani napájecí, ani signálový kabel.

Společnost VEGA dodává také software pro sběr a vizualizaci naměřených hodnot. Software VEGA Inventory System (obr. 10) umožňuje zobrazení přesných a aktuálních informací o spotřebě a zásobách chemikálií. Obsahuje různé funkce usnadňující správu zásob, např. včasné upozornění na požadavek doplnění. Po napojení na informační systém dodavatele umožňuje optimalizovat dopravu a snižovat náklady na logistiku.

 

Závěr

Hladinoměry a přístroje pro měření tlaku zmíněné v tomto článku (ale i mnoho dalších přístrojů v nejrůznějších verzích pro velmi široký rozsah použití) vyrábí a dodává německá firma VEGA Grieshaber KG, kterou na českém a slovenské trhu výhradně zastupuje společnost Level Instruments CZ – Level Expert. Všechny dodávané přístroje vyhovují příslušným českým i evropským normám a jejich spolehlivost je ověřena dlouholetým provozem u nás i v zahraničí. Mnohaleté zkušenosti umožňují pracovníkům obou společností porozumět specifickým požadavkům daného odvětví a správně na ně reagovat.

Všechny produkty se vyznačují snadnou instalací, vysokou spolehlivostí a minimálními náklady na údržbu. Expertní tým společnosti Level Instruments CZ – Level Expert zajistí vypracování návrhu řešení, dodávku měřicí techniky, bezplatné technické poradenství a rovněž nepřetržitý servis. V určitých případech je také možné zapůjčení snímačů pro vyzkoušení ještě před zakoupením.

 

(Level Instruments CZ – Level Expert, s. r. o.)

 

Obr. 1. V kotli rekuperačního výměníku tepla prochází topnými trubkami horký procesní plyn

Obr. 2. Radarový hladinoměr Vegaflex 86 s vedenou vlnou (TDR)

Obr. 3. Vibrační hladinové spínače Vegaswing 66 jsou vhodné i do extrémních provozních podmínek

Obr. 4. Pračka plynu pro odstraňování oxidu uhličitého ze směsi plynů pro chemickou výrobu

Obr. 5. Snímač tlaku Vegabar 83 s kovovou měřicí buňkou, vhodný i do extrémních provozních podmínek

Obr. 6. Snímač tlaku Vegabar 82 s keramickou měřicí buňkou, vhodný pro univerzální použití; v tomto případě jsou instalovány dva snímače a z rozdílu tlaků se určuje výška hladiny ve vymývací koloně

Obr. 7. Standardizované kontejnery IBC se používají pro přepravu a skladování kapalin, pastovitých látek, prášků a granulátů (foto: Marketing2Schütz, Creative Commons License)

Obr. 8. Měření hladiny v kontejnerech IBC

Obr. 9. Hladinoměr Vegapuls Air 23 s napájením z baterie a bezdrátovým výstupem

Obr. 10. Software VEGA Inventory System umožňuje zobrazení přesných a aktuálních informací o spotřebě a zásobách chemikálií