Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
Перейти:  
 


 

Основы АСУ ТП и КИП - в статьях Ua.Automation.com

Уровнемер: выбрать правильно

Уровнемер: выбрать правильно
Хантер Вегас, для InTech
 
В начале февраля 2013 года, в журнале InTech, была опубликована отличная статья «Уровнемеры: от старых и испытанных методов к новым». В ней ее автор Дональд Гиллам обсуждал различные виды инструментов для измерения уровня, то, как они работают, а также, их преимущества и недостатки.  
 
Данная статья является своеобразным продолжением вышеупомянутой, и фокусируется на том, как инженер должен выбирать уровнемер, и, почему может предпочесть одно устройство другому. Перед началом дискуссии важно отметить, что ни одна технология не может быть идеальным выбором для любой ситуации. Каждая технология может отлично работать в одной ситуации и совершенно не подойти для другой. Кроме того, вендоры постоянно работают над улучшением своего оборудования, в особенности, над устранением недостатков той или иной разновидности устройств. Таким образом у того или иного вендора вполне может быть продукт, преодолевший недостатки, свойственные конкурирующим аналогам. Тем не менее, перед проверкой работоспособности такого устройства, договоритесь о возврате денег, если оно вас не устроит. Стоимость монтажа и демонтажа все равно никто не возместит, но так у продавца будет дополнительный стимул обеспечить требуемый результат.
 
C чего начать?
 
Для того, чтобы найти правильную технологию для конкретного приложения, нужно четко определить следующее:
 
1. Как работает данный тип технологии? Можно ли наперед определить, будет ли данный тип технологии работать в конкретном приложении, если вы не понимаете, как работает устройство?
 
2. В каких условиях будет работать устройство? Есть вполне понятные условия, такие как температура, давление и содержимое резервуара, но, есть и менее очевидные, такие как:
 
a. Каковы минимальные/максимальные температура и давление, с которыми может столкнуться устройство, и как они меняются с течением времени?
 
b. Есть ли какие-то особые условия, например, требования по стерильности, или специальные процедуры очистки с применением химических реактивов, которые могут повлиять на устройство?
 
c. Присутствуют ли пыль, дым, испарения? Может ли присутствовать пена или может ли происходить излишняя вибрация резервуара, например, при перемешивании?
 
e. Какое вещество хранится в резервуаре, и как оно меняется со временем?
 
f. Возможны ли изменения в плотности, электрических свойствах вещества и т.д.?
 
g. Свойственны ли содержимому резервуара налипание, осадки и т.д.?
 
h. Может ли устройство стать источником загрязнения или заражения содержимого (например, из-за протечки диафграмы или бактерий, обитающих в трещинах на корпусе)?
 
3. Каковы требуемая точность и повторяемость результата при измерениях уровня?
 
4. Может ли резервуар выводиться из эксплуатации для технического обслуживания? Есть ли способ независимой проверки калибровки?
 
5. Каковы особенности резервуара?
 
Геометрия резервуара и расположение трубных соединений внутри него часто влияют на выбор устройства измерения уровня:
 
a. Есть ли какие-либо входные отверстия? Или это новый резервуар, и можно сделать новые входные отверстия с требуемым расположением и размером, для того, чтобы соответствовать требованиям конкретного уровнемера?
 
b. Если входное отверстие существует, необходимо четко знать его размер, глубину, расстояние от стены резервуара, а также, возможные препятствия под ним.
 
c. Как выглядят внутренности резервуара? Есть ли внутри что-то, что может создать препятствие для измерения уровня содержимого, или сделать установку вертикального зонда невозможной?
 
d. Где находятся впускные и выпускные отверстия? Могут ли они повлиять на измерения уровня? 
 
e. Может ли быть установлен внешний или внутренний бачок для поплавкового индикатора? Какого размера? Будет ли он адекватно указывать уровень жидкости в резервуаре?  
 
Без ответа на все эти вопросы, инженеру будет трудно выбрать правильный инструмент, так как именно эти ответы определяют, какие уровнемеры будут работать, а какие нет. Давайте еще раз рассмотрим эти вопросы и увидим, как быстро они помогают отсеивать неподходящие варианты:
 
Вопросы 1 и 2: Существует много «красных флажков», с легкостью устраняющих возможность применения той или иной технологии. Вот некоторые из них:
 
Емкостные – если электрическая проводимость невысокая или непостоянная, емкостные типы уровнемеров будут показывать неточные данные.
 
Ультразвуковые – если содержимое образует пену, густые пары или пыль; если температура или давление меняются – ультразвуковой уровнемер будет давать неточные данные, или не будет работать вообще.  
 
Радарные – если электрическая постоянная слишком низкая, радар работать не будет. Кроме того, некоторые геометрии резервуаров также не позволяют использовать радарные устройства. 
 
Дифференциальные – если относительная плотность содержимого меняется, то большинство измерений дифференциальных уровнемеров будут неточными (компенсация неточностей возможна – с дополнительными расходами на уровнемер). Если вещество склонно к образованию засоров – это также не позволяет использовать дифференциальные уровнемеры.
 
Вопрос 3: Требуемая точность (и повторяемость) измерений может существенно повлиять на выбор уровнемера. К примеру, если уровнемер используется в автоматических системах перекачки нефти потребителям, тогда точность должна быть максимальной. В большинстве других случаев точность в размере 1-2% вполне приемлема. Некоторые технологии сами по себе обеспечивают высокую точность, другим для этого нужно использовать дополнительные средства. Перед началом процесса выбора уровнемера необходимо определить, насколько точными должны быть измерения.
 
Вопрос 4: Возможность временно вывести устройство из использования сильно влияет на его выбор. Если на уровнемер негативно влияют налипания, осадки содержимого резервуаров, то его надо периодически изымать для дежурной очистки, обеспечивающей нормальное функционирование. Если устройство нельзя убрать, то нужно рассмотреть вариант с использованием другой технологии.
 
Также важно знать, могут ли измерения устройства быть независимо проверены. Уровень полноты безопасности (SIL), присвоенный устройству, как правило, означает, что ему требуется калибровка для документального подтверждения правильного функционирования. Некоторые уровнемеры, такие как дифференциальные, очень легко калибровать, другие – такие как емкостные, калибровать сложнее. Третьим – радарным или ультразвуковым – калибровка не нужна вообще. Их легче настраивать перед началом эксплуатации, но есть и оборотная сторона медали – сложно проверить, хорошо ли они работают, если нет альтернативного способа проверки уровня в резервуаре.
 
Вопрос 5: Геометрия резервуара также может препятствовать использованию некоторых технологий. Лопасти перемешивателя могут помешать измерению уровня с помощью ряда технологий, если только не может быть использован какой-либо бачок. Может не быть входных отверстий для установки преобразователя дифференциального уровнемера, или они могут быть, к примеру, недостаточно большими для установки радарного уровнемера.
 
Совершенно очевидно, что эти пять вопросов, а, вернее, ответы на них, окажут кардинальное влияние на процесс выбора уровнемера – так что найдите время, для того, чтобы полностью понять сценарий измерения уровня в резервуаре ДО того, как приступить к выбору технологии измерения уровня.
 
Часть II
 
Обзор технологий измерения уровня
 
В данном разделе дается общий обзор типичных проблем и слабостей, характеризующих наиболее распространенные технологии измерения уровня. Эта информация, вместе с ответами на вышеприведенные вопросы, поможет инженеру выбрать наилучший инструмент измерения уровня для конкретного приложения. Приведены, также, относительные оценки стоимости.
 
Буйковые/поплавковые уровнемеры:
 
Поплавковые устройства, как правило, требуют относительно незагрязненных условий использования, иначе устройство не сможет легко двигаться вверх и вниз. Буйки менее требовательны к чистоте. В любом случае, оба устройства зависят от плотности материала. Поплавок может подняться выше или ниже, если плотность вещества меняется, или может не всплыть вообще, если относительная плотность слишком мала. Буйки калибруются для конкретной плотности, и результаты измерения будут неправильными, если плотность изменится.  
 
Стоимость: $$–$$$. Поплавковые уровнемеры, как правило, дешевле буйковых.
 
Дифференциальные уровнемеры пузырькового типа:
 
Пузырьковые уровнемеры – это довольно простая технология, которая может хорошо работать в самых различных приложениях. Однако, воздействие непрерывного потока пара на окружающую среду может стать препятствием на пути их использования. Эффективность пузырькового уровнемера может подвергаться воздействию закупорки пузырьковых каналов, падения давления в каналах, протечек, а также, непостоянства относительной плотности жидкости. 
 
Стоимость: $$. Установка и стоимость ротаметров делают этот вариант дороже дифференциальных уровнемеров трубчатого типа.
 
Дифференциальные уровнемеры мембранного типа:
 
Дифференциальные уровнемеры мембранного типа – очень распространенный тип устройств на сегодняшний день. Их использование предполагает, что плотность вещества не меняется (а если меняется, тогда у устройства есть специальные компенсирующие средства). Множество факторов воздействуют на эффективность таких уровнемеров: вакуум, низкие или высокие температуры могут стать препятствием для работы диафрагмы, или чрезвычайно ее замедлить. Кроме того, варьирующиеся температуры процессов или испарений также могут повлиять на точность измерений.
 
Стоимость: $$–$$$. Большие диафрагмы дороги, и, если нужна изоляция снизу, цена будет еще выше.
 
Дифференциальные уровнемеры трубчатого типа:
 
Дифференциальные уровнемеры, использующие трубки статического давления, также очень распространены. Основные проблемы – засор трубок, а также, зависимость устройства от плотности материала в емкости и в статических линиях. Также, возможны проблемы в нижней части импульсных линий. Скопившийся конденсат или постоянная конденсация газа могут сдвинуть нуль.
 
Стоимость: $. Одна из самых дешевых опций.
 
Ультразвуковые уровнемеры:
 
Ультразвуковые уровнемеры зависят от наличия испарений в резервуаре. Показатели уровня могут меняться из-за изменения характеристик пара в силу изменения давления, температуры или состава. На сигнал также будут влиять перемешивание, пена, дым, пыль. Присутствие или возможность присутствия любого из этих условий является препятствием для использования ультразвукового уровнемера. Также нужно понимать, что если уровень вещества поднимется слишком высоко, и приблизится к уровнемеру, его показатели могут моментально смениться с очень высоких до отсутствующих.
 
Стоимость: $$.
 
Радарные уровнемеры:
 
В отличие от ультразвуковых уровнемеров, на радарные уровнемеры, как правило, не влияет состав испарений, при условии, что нет серьезных перепадов давления или температуры. Радарным уровнемерам требуется минимальная электрическая постоянная вещества, уровень которого измеряется, а также, они могут быть чувствительны к геометрии резервуара. Неконтактный радар может испытывать затруднения из-за наклонных стенок или излишнего волнения на поверхности. Пожалуй, основная проблема – ненадежные показания при очень низких уровнях. Точные измерения в пустых или почти пустых резервуарах могут быть проблемой. Есть масса вариантов радарных уровнемеров – частотные, антенные, управляемые и т.д. – каждый со своими преимуществами и недостатками. В такой ситуации, скорее всего, лучше проконсультироваться со специалистами вендора и позволить им выбрать лучший вариант для вашего приложения. Обязательно предоставьте им точные чертежи резервуара и объясните суть процесса. Обратите внимание на входные отверстия, т.к. поступающее содержимое может повлиять на показания радара.
 
Стоимость: $$–$$$. В последние годы радарные уровнемеры стали значительно доступнее.
 
Ядерные уровнемеры:
 
Ядерные уровнемеры, как правило, дороги, и требуют специальных разрешений. Однако они могут работать там, где другие бесполезны. Способность видеть “сквозь” стены сосуда делает их незаменимыми для экстремальных условий работы (давление, температура и т.д.). Радиационное излучение может быть проблемой, если в резервуары может входить обслуживающий персонал.
 
Стоимость: $$$–$$$$. Сильно зависит от конфигурации.
 
Гидростатические уровнемеры:
 
Гидростатические уровнемеры – отличные устройства, поскольку на них не влияет химический состав. Однако, устройство измеряет вес, а не уровень вещества – поэтому, если плотность вещества изменяется, изменятся и показатели уровнемера. Не в каждую емкость можно поместить гидростатический уровнемер и его правильная установка – критический фактор успеха.
 
Стоимость: $$–$$$$. Сильно зависит от конфигурации резервуара.
 
Завершение
 
Правильный выбор устройства для измерения уровня полностью зависит от понимания особенностей приложения, а также сильных и слабых сторон доступных технологий измерения уровня. Потратьте время на предварительные исследования, и это позволит вам избежать недовольных звонков из операционного подразделения :)
 
Об авторе
 
Хантер Вегас ([email protected]) имеет более 30 лет опыта работы в отрасли автоматизации и завершил более 2000 проектов по автоматизации в атомной, целлюлозно-бумажной и химической отраслях.