Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Статьи по КИПиАУровеньПрименение ультразвуковых датчиков уровня в надземных резервуарах жидкости
Надземные резервуары - это емкости для хранения больших объемов жидкости, высота которых обычно составляет от 10 до 32 футов. Они работают без давления, имеют различные формы и изготавливаются из пластика, стекловолокна или металла. Наиболее распространены вертикальные цилиндрические резервуары. В зависимости от типа жидкости они могут иметь химически стойкую внутреннюю облицовку.
Существует множество экологических норм, связанных с проектированием и эксплуатацией резервуаров для хранения жидкости, причем для наземных резервуаров действуют иные нормы, чем для подземных. Резервуары имеют две основные системы управления: одну для добавления жидкости в резервуар и другую для удаления жидкости из резервуара. Некоторые из них также имеют вторичные защитные стенки для предотвращения разливов или утечек, и все они имеют хороший транспортный доступ для обеспечения поставок.
Основным требованием для данного приложения является контроль уровня жидкости, позволяющий операторам знать, когда пора пополнить резервуар, и предотвратить его переполнение или истощение. Ультразвуковые датчики уровня часто являются лучшим вариантом для контроля уровня жидкости с максимальной степенью точности.
С лицевой стороны преобразователя четыре раза в секунду подается короткая высокочастотная ультразвуковая волна. Звуковая волна отражается от поверхности жидкости и возвращается к датчику.
Ультразвуковой датчик уровня измеряет время полета между генерацией и получением звука и переводит его в расстояние между торцом датчика и поверхностью жидкости. Затем расстояние преобразуется в процентное соотношение от измеренного диапазона и выводится в виде пропорционального сигнала 4-20 мА.
Установленный датчик уровня должен иметь беспрепятственный обзор поверхности жидкости. Это означает, что пространство для измерения под датчиком должно быть свободно от каких-либо препятствий, таких как трубы, фитинги, лестницы или стенки внутри резервуара.
Преобразователь уровня должен быть расположен выше максимального уровня жидкости и никогда не должен погружаться в жидкость во время нормальной работы. Резервуары-хранилища часто располагаются на открытом воздухе без какой-либо защиты от окружающей среды и подвергаются прямому воздействию тепла от солнца или холода. В результате перепады температур могут привести к образованию конденсата внутри резервуара. Это чаще происходит при высоких температурах, но может происходить и при низких, что приводит к образованию капель воды или льда на преобразователе, которые могут повлиять на передачу и прием акустического сигнала.
При значительном образовании конденсата следует выбирать датчик уровня с большим и более мощным диапазоном измерения и наносить очень тонкий слой водоотталкивающего вазелина на поверхность преобразователя. Жидкость обычно подается в резервуары-хранилища сверху и удаляется снизу. Это обычно создает турбулентную поверхность жидкости во время наполнения и гладкую поверхность жидкости во время опорожнения. В зависимости от типа жидкости и интенсивности перемешивания может образовываться пена.
Пена поглощает акустический сигнал и может уменьшить эффективный диапазон измерения датчика уровня. При наличии пены датчик следует устанавливать в обводную трубу, чтобы отделить поверхностную пену от точки измерения. Другим решением является удлинение заливной трубы до дна резервуара, чтобы исключить перемешивание. Пар обычно связан с коррозионными жидкостями в высоких концентрациях, но может также присутствовать в некоррозионных жидкостях при высоких температурах. Пар поглощает акустический сигнал и может уменьшить эффективный диапазон измерения датчика уровня.
При наличии значительного количества пара следует выбирать датчик уровня с большим и более мощным диапазоном измерения и обеспечить надлежащую вентиляцию резервуара. При работе с сильно летучими кислотами, такими как соляная или азотная, датчик уровня также следует устанавливать в обводную трубу, чтобы максимально увеличить мощность акустического сигнала.
Существует несколько способов установки датчика уровня в данном применении. Внутри резервуара-хранилища обычно мало препятствий или оборудования. Крыша резервуара может быть плоской, куполообразной, круглой или наклонной. Надо найти место для монтажа, где датчик уровня будет иметь прямой обзор жидкости на всем протяжении измеряемого диапазона. Место установки должно быть плоским, горизонтальным по отношению к жидкости и доступным. Для установки датчика можно использовать следующее оборудование.
Адаптер резервуара
Адаптеры резервуара рекомендуются в тех случаях, когда место установки на резервуаре горизонтальное и не находится на наклонной поверхности. Используйте адаптер резервуара типа "втулка x резьба" и избегайте адаптеров типа "резьба x резьба". Не используйте адаптеры резервуара, установленные вверх ногами.
Муфта
Предпочтительнее использовать короткую полумуфту, чем высокую полную муфту. Используйте муфту типа "втулка x резьба" и избегайте муфт типа "резьба x резьба". Если вы используете полную муфту, она должна соответствовать ограничениям по высоте и диаметру, описанным в разделе "Патрубок с фланцем".
Обводная труба
Преобразователи уровня можно устанавливать в обводную трубу, чтобы отделить поверхностную пену, сгладить турбулентность или максимизировать мощность акустического сигнала ультразвукового датчика уровня. Не используйте обводную трубу в применениях с грязными, покрывающимися налетом или образующими отложения жидкостями, которые будут оставлять отложения на внутренней стенке трубы.
Обводная труба должна представлять собой цельный гладкий участок трубы без каких-либо разрывов или переходов. Внутренний диаметр трубы должен быть равен или больше ширины луча датчика уровня, рекомендуется использовать трубы большего диаметра. Для установки датчика установите низкопрофильную резьбовую муфту на верхнюю часть трубы.
Чуть ниже муфты, в пределах мертвой зоны датчика уровня, просверлите два вентиляционных отверстия диаметром четверть дюйма на противоположных сторонах трубы. Труба должна доходить до дна резервуара или, по крайней мере, находиться ниже диапазона измерения датчика уровня. Сделайте срез под углом 45º на нижнем конце трубы.
Наконец, уровень жидкости должен поддерживаться выше среза под углом 45º, чтобы в трубе всегда была жидкость.
Патрубок с фланцем
Длинные узкие патрубки, которые в стеклопластиковых резервуарах могут также выступать на несколько дюймов внутрь верхней части резервуара, могут влиять на передачу и прием акустического сигнала. Внутренняя поверхность патрубка должна быть гладкой и без выступов, особенно в области под установленной поверхностью преобразователя.
Рекомендуется использовать патрубки диаметром 3 дюйма или более. Если единственным вариантом является патрубок диаметром 2 дюйма, высота патрубка и любых монтажных соединений над ним не должна превышать 5 дюймов. Следует соблюдать осторожность при высоте патрубка более 8 дюймов, а использование тройниковых соединений внутри конструкции патрубка не допускается.
Центр куполообразной крыши резервуара
По возможности необходимо избегать установки ультразвукового датчика уровня в центре куполообразной крыши резервуара. Куполообразная крыша действует как параболический отражатель, усиливающий акустическую энергию, и может привести к прерывистой работе преобразователя уровня при определенных уровнях жидкости в резервуаре.
Электрические подключения
Резервуары-хранилища могут располагаться рядом с большими насосами, двигателями или преобразователями частоты, которые могут генерировать значительные электромагнитные или радиочастотные помехи. Убедитесь, что такие устройства заземлены, а затем заземлите ультразвуковой датчик уровня и связанное с ним электрическое оборудование на ту же землю, что и эти устройства. Некоторые районы могут быть подвержены частым ударам молнии или иметь ненадежное электропитание. В таких случаях рекомендуется использовать соответствующую защиту от перенапряжений и фильтры.
Диапазон измерения
Датчик выдает токовый сигнал 4-20 мА, пропорциональный диапазону измерения уровня в резервуаре-хранилище. Пользователи обычно устанавливают 4 мА для пустого резервуара или самого низкого измеряемого уровня, а 20 мА - для полного резервуара или самого высокого измеряемого уровня. Следует избегать установки точек настройки диапазона 4 мА или 20 мА на уровнях, близких к уровням срабатывания насосов, клапанов или сигнализации.
Интерфейс
Токовый сигнал 4-20 мА от датчика уровня обычно подключается к локальному контроллеру или централизованной системе управления. Эти устройства могут включать PLC, SCADA, DSC или автономный контроллер уровня.
Любое из этих устройств управления подходит, если оно принимает токовый сигнал 4-20 мА. Затем рабочий диапазон контроллера должен быть запрограммирован в соответствии с диапазоном измерения ультразвукового датчика, с учетом того, что уставка датчика 4 мА обычно устанавливается выше состояния пустого резервуара.
После того как рабочий диапазон контроллера настроен на правильные уровни и единицы измерения, устанавливаются уставки реле для автоматизации насосов, клапанов или сигнализации.
Независимая система аварийной сигнализации высокого уровня или отключения всегда должна использоваться в дополнение к основной системе, а независимая система аварийной сигнализации низкого уровня или отключения рекомендуется для защиты насоса или процесса.
