Připraveni na budoucnost: Ultrazvukové měření průtoku v průmyslových spalovacích systémech

V mnoha odvětvích po celém světě se zpřísňují environmentální předpisy. V rafinérském, chemickém a petrochemickém průmyslu je ultrazvuková technologie zavedená již mnoho let. Nyní vstupuje do hry zvýšený regulační tlak a požadavky na reporting.

To má silný dopad na potřebu spolehlivého měření vzplanutí a dostupnosti dat – a to i za obtížných podmínek. Zatímco předpisy pro rafinérský, chemický a petrochemický průmysl jsou již definovány, v mnoha dalších odvětvích můžeme pozorovat proaktivní hledání technických řešení pro splnění budoucích environmentálních předpisů. Zejména pokud jde o reporting, ultrazvuková technologie nabízí i zde mnoho výhod oproti jiným technologiím.

Ultrazvukové měření průtoku je zavedená technologie v měření kapalin. Aplikace sahá od obchodního měření až po měření průtoku v fléru nebo regulaci emisí. Ultrazvukové průtokoměry v principu měří rozdíl doby průchodu s proudící kapalinou a proti proudu na akustické dráze a z tohoto měření vyvodí střední rychlost proudění. Zde „průměrná rychlost proudění“ znamená průměrnou rychlost proudění v celém průřezu potrubí.

Jedním z hlavních účelů měření průtoku flér je přesná počítatelnost emisí skleníkových plynů (GHG). V posledních letech se zvýšil důraz na přesné měření emisí skleníkových plynů. Poplatky a daně za znečištění ovzduší neustále rostou. Tím se zvyšuje i potřeba přesného a dostupného měření. Vzhledem k obtížným podmínkám spalování spalin představují požadavky na měřicí technologii v ropném a plynárenském, chemickém a petrochemickém průmyslu výzvu:

• Rychlosti plynu od 0 m/s do 120 m/s
• Rychlé změny rychlosti plynu
• Rychle se měnící směsi plynů se zemním plynem, vodíkem, oxidem uhličitým atd.

Zajištění dostupnosti měření i při nejvyšších rychlostech plynu je jednou z nejdůležitějších vlastností systému měření spalování. Inovativní technologie ASC (technologie aktivní korelace zvuku) nyní rozšiřuje dosavadní maximální rozsah průtoku až o 30 %. ASC koreluje rychlost plynu s aplikačně specifickým šumem generovaným za podmínek vysokého průtoku. V tomto případě senzor funguje jako mikrofon. Patentovaná technologie ASC tak umožňuje ještě lepší pokrytí možných událostí způsobených spálováním plynu.

Propojení softwaru a firmwaru otevírá mnoho nových funkcí a výhod: Systém samokontroly poskytuje cenná data o stavu přístroje, zobrazuje trendy a upozorňuje na relevantní změny. Chyby aplikace jsou okamžitě detekovány a zdokumentovány; tím se lze vyhnout časově náročnému řešení problémů. Na vyžádání se systém ověří a zaznamená svůj aktuální stav. Tímto způsobem mohou uživatelé velmi snadno vytvářet dokumenty, které pomáhají prokázat splnění emisních předpisů. – vše na dálku a bez nutnosti vyslání servisního technika do terénu. To do značné míry snižuje provozní a bezpečnostní rizika.

Systémy samokontroly, jako je i-diagnostics™, podporují přechod z údržby založené na čase na údržbu založené na stavu – což vede ke snížení počtu servisních intervalů a tím i ke snížení nákladů na údržbu.

Plynoměry s ultrazvukovou technologií se používají v různých aplikacích s různými požadavky, proto je pro nabídku správného řešení nutná hluboká znalost jednotlivých problémů. Například v rafinérském průmyslu současné předpisy americké Agentury pro ochranu životního prostředí (EPA) nařizují minimální výhřevnost spalovací zóny 270 BTU/scf. Také je vyžadován parametr ředění čisté výhřevnosti NHVdil ≥ 22 BTU/ft² pro všechny parní spalovací fléry. To vše při zachování vysoké účinnosti spalování. Pro splnění těchto požadavků a udržení teploty ohřevu na požadované úrovni lze k regulaci přívodu páry použít také ultrazvukové průtokoměry plynu.

Nový flérový plynoměr FLOWSIC100 Flare-XT je k dispozici ve třech různých verzích. Všechny verze jsou k dispozici jako jedno nebo dvoucestný měřicí systém. Instalace do křížového kanálu a systémy sond s jedním hrdlem jsou k dispozici v obou konfiguracích trasy. Verze sondy je vhodná pro kompaktní, jednostrannou montáž, což minimalizuje potřebné instalační práce. Dvoucestná verze dosahuje vysoké přesnosti měření i za obtížných podmínek proudění a poskytuje redundanci měření. Mechanismus pro zasunutí přístroje také umožňuje snadnou a rychlou výměnu senzorů během provozu. Výkonná rozhraní se díky četným rozhraním snadno připojuje k široké škále systémů a sítí.

Jednotka rozhraní zpracovává příchozí signály a vypočítává parametry, jako je molekulová hmotnost, hmotnostní průtok a objem plynu, a také standardizované referenční hodnoty. Systém lze intuitivně ovládat z notebooku nebo tabletu pomocí infračerveného rozhraní díky softwaru FLOWgate™. Integrovaná rozhraní Ethernet a RS-485 umožňují vzdálené sledování stavu přístroje.

Klíčové parametry a naměřené hodnoty, jako je objemový průtok, hmotnostní průtok nebo molekulová hmotnost, jsou spolehlivě zpracovávány, vyhodnocovány a ukládány. V tomto ohledu umožňuje interní paměť trvalou archivaci dat bezpečným a strukturovaným způsobem. Díky bezporuchové digitální komunikaci lze rozhraní instalovat až do vzdálenosti 1 000 m od měřicího místa. Proto již není potřeba lokální, tlakově zapouzdřená a potenciálně drahá řídicí jednotka.

Některé principy měření, jako je měření tepelné hmotnosti, vyžadují pro správné fungování čistý plyn. Ultrazvuková technologie dokáže překonat znečištění nebo kontaminaci senzorů automatickým zesílením signálu. To optimalizuje intervaly údržby, maximalizuje provozuschopnost měření a snižuje provozní náklady. Ultrazvukové měření spalin je navíc jedinou technologií, která dokáže pracovat v rozsahu měření až 1:4000. Není třeba se zaměřovat na vysoký nebo nízký průtok, protože jsou možné rychlosti měření od 0,03 m/s do 120 m/s.

Pro požadavky v těžebních provozech, například v aplikacích hydraulického štěpení, nabízí Endress+Hauser také převodník FLOWSIC100 Flare-XT – spolehlivý a robustní bez nutnosti rekalibrace. Senzory jsou přímo připojeny k již existujícímu průtokovému počítači. V této konfiguraci produktu není nutná interface jednotka a nejsou nutné ani převodníky tlaku, ani převodníky teploty.

Při měření průtoku spalováním je každá aplikace jiná: teplota, tlak, hmotnost plynu, rychlost atd. se mohou zcela lišit. Proto společnost Endress+Hauser nabízí individuální vyhodnocení aplikace pro každý měřicí bod a hledá optimální řešení. Po vyhodnocení je zákazníkovi – po celém světě – poskytnut datový list s vyhodnocením aplikace spalovacího plynu pro každý měřicí bod.