Radarowy pomiar poziomu wody w walczakach
Historycznie metody wykorzystywane do pomiaru poziomu kondensatu w walczakach bazowały na pomiarze różnicy ciśnień, pojemności, przewodności, czy sile wyporu. Metody te obarczone są błędami pomiaru powodowanymi zmianą gęstości kondensatu lub innych parametrów procesowych. Problem ten można wyeliminować poprzez zastosowanie radarów falowodowych Magnetrol - przetworników o wysokiej dokładności, dzięki wbudowanej kompensacji niewrażliwych na zmiany parametrów procesowych.
Spośród wielu metod pomiaru poziomu cieczy, historycznie do kontroli poziomu kondensatu w walczakach stosowano techniki bazujące na zmianie:
- ciśnienia hydrostatycznego,
- pojemności elektrycznej,
- przewodności elektrycznej,
- sile wyporu.
Tego typu metody pomiaru są bardzo czułe na zmiany parametrów procesowych takich jak np. gęstość, ciśnienie i temperatura, co prowadzi do błędnego pomiaru poziomu. Skutki zmian w procesie mogą być korygowane obliczeniowo, ale wymaga to uwzględnienia wielu czynników i dodatkowych danych wejściowych, co jest kłopotliwe.
Metody pomiaru poziomu wykorzystywane w kotłach walczakowych
Różnica ciśnień
Wymagają złożonego systemu orurowania i naczyń kondensacyjnych a czasem więcej niż jednego przetwornika. Detekcja poziomu w tym wypadku opiera się na pomiarze zmiany ciśnienia różnicowego. Do poprawnej kalibracji wymaga wprowadzenia aż do 12 różnych parametrów. W celu zachowania dokładności należy wprowadzać korekty i uwzględnić różne dane wejściowe, co i tak nie daje pewności poprawnego, wiarygodnego pomiaru, szczególnie w warunkach odbiegających od roboczych. Poza tym, podłączenie za pomocą kapilar jest podatne na uszkodzenie a sam pomiar mocno zależny od właściwego określenia ciśnienia fazy gazowej w zbiorniku.
Wyporność (przetworniki nurnikowe)
Nurniki wykorzystują zjawisko wyporności cieczy. Każdy nurnik jest projektowany do pracy przy określonej gęstości medium w danych warunkach roboczych. Z tego powodu pomiar np. w czasie rozruchu aż do osiągnięcia parametrów roboczych walczaka jest obarczony błędem i nie jest wiarygodny. Podobny wpływ i błędy pomiarowe będą miały miejsce w przypadku zmian temperatury kondensatu powodujących zmianę jego gęstości. Oprócz tego, z czasem powstawanie błędów pomiarowych jest spowodowane zużyciem elementów mechanicznych nurnika.
Wyporność (sygnalizatory pływakowe)
Sygnalizatory pływakowe wykorzystują zjawisko wyporności cieczy. To ekonomiczne rozwiązanie stosowane w małych walczakach. W przypadku większych kotłów, szczególnie w elektrowniach zawodowych o wyższych parametrach, ich zastosowanie nie jest uzasadnione ekonomicznie i procesowo. W takim przypadku wymagany jest pomiar ciągły, który pozwala na lepszą kontrolę procesu i osiągnięcie oszczędności na paliwie poprzez poprawienie efektywności energetycznej.
Pojemność elektryczna (przetworniki, sygnalizatory)
Pomiar poziomu bazujący na badaniu pojemności elektrycznej kondensatora, którym staje się ściana zbiornika i sonda pomiarowa. Zmiana poziomu powoduje zmianę pojemności elektrycznej tak utworzonego kondensatora. Pomiar tego typu jest ściśle powiązany ze stałą
dielektryczną medium. Stała dielektryczna wody / kondensatu zmienia się wraz z
temperaturą co powoduje powstawanie błędów pomiarowych. Metoda ta wymaga kalibracji na obiekcie, określenia wartości dla pustego zbiornika, przestrzegania wytycznych producenta co do odległości od ściany zbiornika. Dodatkowo montaż w zbiornikach sferycznych lub cylindrycznych zakłóca liniowość pomiaru.
Przewodność elektryczna (sygnalizatory)
Pomiar oparty o przewodność elektryczną jest pomiarem punktowym. Przewodzące medium zamyka obwód elektryczny pomiędzy sondami co jest wykrywane i powoduję zmianę stanu styku. W porównaniu z innymi metodami koszt ich eksploatacji oraz zakupu jest stosunkowo wysoki. Rozdzielczość jest zależna od bliskości sąsiadujących sond na długości zakresu pomiarowego. Pomiar tego typu jest wrażliwy na osadzanie kamienia oraz zabrudzeń na sondzie.
Radary falowodowe Eclipse®.png)
Obecnie coraz częściej do pomiaru poziomu kondensatu w walczakach wykorzystuje się radary falowodowe. W odróżnieniu od wcześniej wspomnianych metod pomiar poziomu z ich użyciem charakteryzuje się dużą dokładnością i niewrażliwością na zmiany gęstości oraz innych parametrów fizycznych od momentu uruchomienia aż do pracy przy parametrach roboczych kotła.
Kluczowym dla pracy radaru falowodowego parametrem jest stała dielektryczna medium. Do prawidłowego działania należy uwzględnić występowanie w walczakach nasyconej pary wodnej o ciśnieniu 15,5 MPa i temperaturze 344°C nad powierzchnią kondensatu. Przy tak wysokich parametrach stała dielektryczna pary wynosi > 1,8. Powoduje to spowolnienie fali elektromagnetycznej w fazie gazowej. Zmierzony czas przebiegu fali bez odpowiedniej kompensacji wskazywałby na poziom niższy niż jest w rzeczywistości..
Radary falowodowe Eclipse® firmy Magnetrol mogą być wyposażone w sondy (falowody) przeznaczone do pomiaru poziomu cieczy w środowisku pary wodnej. Są to specjalne konstrukcje z dodatkowym punktem referencyjnym wbudowanym w falowód. Ze względu na to, że odległość do tego punktu jest stała i znana, to układ elektroniczny w łatwy sposób przelicza opóźnienie spowodowane zmianą stałej dielektrycznej ośrodka gazowego. Pozwala to na ciągłą i efektywną kompensację opóźnienia transmitowanego sygnału zapewniając stabilny i precyzyjny pomiar w trudnych warunkach pomiarowych.
Korzyści stosowania radarów falowodowych w pomiarze poziomu w walczakach
- znaczne polepszenie efektywności energetycznej procesu
- niezawodość pomiaru dzięki brakowi elementów ruchomych
- bezpośredni pomiar rzeczywistego poziomu wody walczaku bez wykorzystania zjawisk pośrednich
- brak potrzeby kompensacji parametrów takich jak temperatura, gęstość, czy ciśnienie zarówno bezpośrednio w przyrządzie jak i przez system sterowania
- wbudowany aktywny mechanizm kompensacji zmiany stałej dielektrycznej pary
- wysoka dokładność zarówno przy parametrach roboczych jak i w trakcie uruchomienia
- oszczędności ze zmniejszeniem zużycia wody oraz chemikaliów do jej przygotowania
- ograniczenie szkodliwości na środowisko naturalne
- ograniczenie kosztów związanych z utrzymaniem
ruchu
