Jak vybrat PTFE ohřívač pro nádrž s ultrazvukovým snímačem hladiny?

V procesní nádrži je sofistikovaný ultrazvukový snímač hladiny. K měření výšky kapaliny používá čisté, nezkreslené echo. Obrovský vertikální ponorný ohřívač z PTFE v přímé dráze zvukové vlny může fungovat jako výkonný falešný reflektor, což vede k tomu, že senzor nepochopí hladinu a možná spustí smrtící suchý-požár nebo přetečení. Fyzické umístění a orientace ohřívače by měly být optimalizovány nejen pro tepelný výkon, ale také tak, aby byly akusticky nedetekovatelné čidlem.

Porozumění mechanismu rušení
Ultrazvukové snímače hladiny vysílají vysokofrekvenční zvukové impulsy (obvykle 20 – 200 kHz) v těsném kuželu. Zvuk se šíří z kopce, odráží se od hladiny kapaliny a zpět k senzoru. Měření času-letu-se převádí na hodnotu vzdálenosti. Jakýkoli pevný předmět v tomto kuželu, jako jsou pláště ohřívačů, držáky nebo spojovací krabice, vytváří vlastní ozvěnu. Pokud je však signál z falešného echa dostatečně silný, může se na něj senzor zablokovat místo na skutečném povrchu kapaliny.

Vertikální PTFE ponorný ohřívač umístěný na nebo blízko středu nádrže představuje široký plochý směřující povrch kolmý ke směru zvukové vlny. Tato geometrie má za následek jasný zrcadlový odraz. Senzor to může interpretovat jako hladinu kapaliny v hloubce ponoření ohřívače, což má za následek nedostatečné naplnění (pokud je falešná ozvěna nad skutečnou úrovní) nebo přeplnění (pokud je horní část ohřívače vnímána jako téměř plný stav). Za závažnějších okolností nemusí snímač ani rozpoznat přítomnost kapaliny, což umožní, aby nádrž vyschla, zatímco ohřívač zůstává pod napětím, což je stav, který rychle poškodí PTFE plášť.

Princip výběru klíče: Akustická neviditelnost
Cílem výběru nádrže ultrazvukového snímače hladiny PTFE ohřívače je učinit ohřívač akusticky nedetekovatelným. Toho je dosaženo umístěním vyhřívaného prvku zcela mimo ultrazvukový paprsek snímače a odstraněním jakýchkoli velkých plochých povrchů, které by mohly fungovat jako zrcadla. Problémem není samotná látka PTFE - PTFE má akustickou impedanci podobnou vodě a ve skutečnosti tlumí zvuk méně než mnoho kovů. Problém je geometrie a umístění.

Preferované uspořádání ohřívačů
Vertikální ohřívač, boční montáž
Vertikální ohřívač z PTFE je umístěn na boční stěnu nádrže co nejblíže ke stěně, aby ohřívač zůstal mimo dráhu centrálního paprsku. Ultrazvukový senzor je obecně namontován ve středu horní části nádrže. Boční-ohřívač je na okraji, kde je síla zvukové vlny nejnižší. Toto uspořádání je přizpůsobeno pro úzké nádrže (průměr < 1 m) nebo pro úzký úhel paprsku senzoru (např. . 5–10 stupňů ). U velkých nádrží nebo široko{9}}paprskových senzorů (15–30 stupňů) však mohou být osvětleny i boční stěny.

Preferované řešení: L-tvarovaný nebo úhlový ohřívač
Ve většině instalací je nejspolehlivější volbou ponorný ohřívač z PTFE ve tvaru L-. Tento typ ohřívače se prostrčí boční tryskou, ale poté se otočí dolů nebo diagonálně do nádrže. Topná část je umístěna rovnoběžně s boční stěnou a je extrémně blízko boční stěny, obvykle asi 50-100 mm od stěny. Zvukové vlny se pomalu šíří ze středu, takže snímač tento ohřívač nikdy nevidí, protože svůj paprsek směřuje dolů ke středu.

Ohřívač ve tvaru L má dvě další výhody:

Délka ohřevu může být dlouhá (většina hloubky kapaliny) a přesto může být mimo paprsek.

Montážní příruba je na boční stěně mimo střed horní části instalace snímače pro snadnější přístup.

Ohřívač musí být v nádrži neviditelný, tichý, mimo dosah zvukových vln, které jsou očima kontroly hladiny.

Topné těleso namontované na boku nebo vodorovně
mělké nádrže (< 500 mm height) may not accommodate vertical heaters without them protruding from the liquid. A horizontally mounted heater inserted through a side port and running along the bottom is completely out of the field of sight of the ultrasonic sensor. However, care must be taken to avoid placing the heater immediately under the sensor – a horizontal heater just below can still cause a reflection if the sound wave penetrates through the liquid and hits its top surface. The recommended practice is to incorporate a horizontal heater at least 200 mm away from the vertical axis of the sensor.

Co NEDĚLAT: Vertikální ohřívač uprostřed
Nejhorším představitelným umístěním nádrže s ultrazvukovým snímačem hladiny je střed, kde je PTFE ohřívač umístěn ve svislé poloze. Ohřívač je velký válcový terč umístěný přímo v dráze paprsku. I když software snímače obsahuje techniky redukce ozvěny, silné, konstantní falešné echo z ústředního topení je běžně špatně identifikováno. Právě tato konstrukční chyba způsobila několik polních poruch ultrazvukového řízení hladiny na vyhřívaných nádržích.

Problémy technické integrace
Konfigurace ultrazvukového senzoru
Před výběrem ohřívačů je třeba nastavit následující parametry senzoru:

Úhel paprsku (obvykle 5-30 stupňů). To určuje zvukový kužel. Průměr paprsku v určité vzdálenosti od senzoru lze odhadnout jako: průměr paprsku=2*vzdálenost*tan (úhel paprsku/2)

Pásmo necitlivosti: Oblast těsně před senzorem (obvykle 0,1-0,5 m), kterou nelze změřit. Žádná část ohřívače (včetně držáků nebo spojovacích krabic) nesmí vyčnívat do této zóny.

Pásmo necitlivosti: Prostor před zahájením činnosti senzoru. Minimální snímací vzdálenost.

Ověření polohy ohřívače
Poté, co jste zvolili typ ohřívače a místo montáže, je třeba před vlastní instalací provést rychlý mapovací test. Postup testu:

Připevněte ultrazvukový senzor na určené místo.

Umístěte PTFE ohřívač (nebo maketu-stejného tvaru a velikosti) na plánované místo v nádrži.

Naplňte nádrž vodou do známé výšky.

Pohybujte ohřívačem o malý kousek a sledujte výstup čidla. Jakýkoli náhlý skok v uvedené úrovni je falešná ozvěna od topení.

Změňte polohu nebo orientaci ohřívače tak, aby nedocházelo k falešným -ozvěnám v celém rozsahu pracovní úrovně.

Tento test je zvláště důležitý pro nádrže s komplikovanými vnitřními strukturami (přepážky, směšovače, cívky), které mohou vyvolat dodatečné odrazy.

Umístění montážního držáku a propojovací krabice
Mnoho ohřívačů montovaných na vrchní nebo boční stěnu je vybaveno kovovými montážními držáky a elektrickými propojovacími krabicemi. Ty je také třeba držet mimo dosah ultrazvukového paprsku. I když je samotný PTFE plášť správně maskován, kovový držák v blízkosti snímače může způsobit výraznou ozvěnu. Spojovací krabice by měla být umístěna buď pod dráhou paprsku snímače nebo na straně nádrže snímače. Pokud má nádrž plochý vršek, umístěte snímač tam, kde nejsou žádné jiné horní{4}}pronikající armatury (např. příruby topení, jímky nebo ponorné trubky) v kuželu paprsku.

Kontrolní seznam praktického výběru
Pro výběr ohřívače PTFE pro nádrž s ultrazvukovým snímačem hladiny se použije následující kontrolní seznam:

Získejte data senzoru: úhel paprsku, vzdálenost mrtvého pásma a místo montáže.

Určete stopu paprsku v obvyklé hloubce kapaliny.

Žádný ohřívač nebo držák uvnitř kužele nosníku. Neinstalujte centrálně.

Vyberte si boční-namontované ohřívače ve tvaru L- nebo šikmé ohřívače, které udržují ohřívanou část blízko stěny nádrže.

Horizontální držák pro mělké nádrže (zajistěte, aby ohřívač nebyl bezprostředně pod senzorem)

Mapovací test vodou před chemickým servisem.

Zadejte konečnou polohu na instalačním výkresu.

Operátoři vlaku si musí uvědomit, že rychlá změna v odečtu hladiny může být způsobena pohybem ohřívače (např. v důsledku vibrací) do dráhy paprsku.

Závěr: Topení, které je akusticky neviditelné
Výběr správného PTFE ohřívače pro nádrž s ultrazvukovým snímačem hladiny je lekcí akustického polohování. Udržuje jasnou a přesnou zpětnou vazbu vitální úrovně (ozvěna senzoru) bez rušivých odrazů od topného tělesa. Optimální návrh vytápění je takový, který neoslepuje ostatní čidla v nádrži. Spolehlivého a bezpečného řízení hladiny v nádrži lze dosáhnout výběrem bočního -ohřívače namontovaného ve tvaru L- a ověřením jeho polohy mapovacím testem a ujištěním, že všechny držáky a spojovací krabice jsou mimo ultrazvukový paprsek. Tato malá integrační položka vedla k nesčetným-požárům a problémům s přetečením. Několik minut akustického plánování během návrhu může ušetřit měsíce ladění na lince.