Kako odabrati PTFE grijač za spremnik s ultrazvučnim senzorom razine?

U procesnom spremniku nalazi se sofisticirani ultrazvučni senzor razine. Koristi čisti, neiskrivljeni eho za mjerenje visine tekućine. Ogromni vertikalni PTFE uronjeni grijač na izravnom putu zvučnog vala može djelovati kao snažan lažni reflektor, navodeći senzor da krivo shvati razinu i moguće izazove smrtonosnu suhu-vatru ili prelijevanje. Fizičko pozicioniranje i orijentacija grijača trebali bi biti optimizirani ne samo za toplinske performanse, već i za akustički neprimjetan za senzor.

Razumijevanje mehanizma smetnji
Ultrazvučni senzori razine šalju visokofrekventne zvučne impulse (obično 20 – 200 kHz) u uskom konusu. Zvuk se širi nizbrdo, odbija se od površine tekućine i vraća na senzor. Vrijeme--mjerenja leta prevodi se u očitanje udaljenosti. Bilo koji čvrsti predmet u ovom konusu, poput plašta grijača, nosača ili razvodnih kutija, proizvodi vlastiti odjek. Ali ako je signal lažnog odjeka dovoljno snažan, senzor se može uhvatiti za njega umjesto za pravu površinu tekućine.

Vertikalni PTFE uronjeni grijač smješten na ili blizu središta spremnika predstavlja široku ravnu površinu okrenutu okomito na smjer zvučnog vala. Ova geometrija rezultira svijetlim zrcalnim odrazom. Senzor to onda može protumačiti kao razinu tekućine na dubini uranjanja grijača što rezultira nedovoljnim punjenjem (ako je lažni odjek iznad stvarne razine) ili prekomjernim punjenjem (ako se vrh grijača vidi kao gotovo puno stanje). U težim okolnostima, senzor možda čak neće prepoznati prisutnost tekućine, dopuštajući spremniku da postane suh dok je grijač pod naponom, što je stanje koje brzo oštećuje PTFE omotač.

Ključno načelo odabira: akustična nevidljivost
Cilj odabira spremnika ultrazvučnog senzora razine PTFE grijača je učiniti grijač akustički neprimjetljivim. To se postiže postavljanjem grijanog elementa potpuno izvan ultrazvučne zrake senzora i uklanjanjem velikih ravnih površina koje bi mogle djelovati kao zrcala. Problem nije PTFE supstanca sama po sebi - PTFE ima akustičnu impedanciju sličnu vodi i zapravo prigušuje zvuk manje od mnogih metala. Problem je u geometriji i lokaciji.

Preferirani raspored grijača
Vertikalni grijač, bočno montiran
Vertikalni grijač od PTFE-a postavlja se na bočnu stijenku spremnika što je moguće bliže stijenci, držeći grijač izvan puta središnje zrake. Ultrazvučni senzor općenito je montiran u sredini vrha spremnika. Bočni-grijač je na periferiji, gdje je jačina zvučnog vala najmanja. Ovaj raspored prilagođen je uskim spremnicima (promjer < 1 m) ili za uski kut snopa senzora (npr. . 5–10 stupnjeva). Za velike spremnike ili senzore -širokog snopa (15–30 stupnjeva), međutim, bočne stijenke također mogu biti osvijetljene.

Preferirano rješenje: grijač u obliku slova L ili pod kutom
U većini instalacija najpouzdaniji izbor je PTFE uronjeni grijač u obliku slova L ili pod kutom. Ova vrsta grijača se stavlja kroz bočnu mlaznicu, ali se zatim okreće prema dolje ili dijagonalno u spremnik. Dio za grijanje nalazi se paralelno s bočnim zidom i izuzetno je blizu bočnog zida, obično oko 50-100 mm od zida. Zvučni valovi se polako šire od središta, tako da senzor nikada ne vidi ovaj grijač, jer usmjerava svoju zraku prema dolje prema središtu.

Grijalica u obliku slova L ima dvije dodatne prednosti:

Duljina grijanja može biti duga (većina dubine tekućine) i još uvijek biti izvan grede.

Montažna prirubnica nalazi se na bočnoj stijenci dalje od gornjeg središta instalacije senzora radi lakšeg pristupa.

Grijač mora biti nevidljiv, tiho prisutan u spremniku, izvan puta zvučnih valova koji su oči kontrole razine.

Bočno ili vodoravno postavljen grijač
Plitki spremnici (< 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.

Što NE raditi: Vertikalni grijač u sredini
Najgore zamislivo mjesto za spremnik s ultrazvučnim senzorom razine je središte, gdje je PTFE grijač postavljen u okomiti položaj. Grijač je velika cilindrična meta smještena točno na putanji snopa. Čak i sa softverom senzora koji sadrži tehnike smanjenja odjeka, jaki, konstantni lažni odjek iz centralnog grijača obično se pogrešno identificira. Upravo je ova greška u dizajnu uzrokovala nekoliko kvarova ultrazvučne kontrole razine na grijanim spremnicima.

Problemi tehničke integracije
Konfiguracija ultrazvučnog senzora
Prije odabira grijača potrebno je odrediti sljedeće parametre senzora:

Kut snopa (obično 5-30 stupnjeva). Ovo specificira zvučni konus. Promjer snopa na određenoj udaljenosti od senzora može se procijeniti kao: promjer snopa=2*udaljenost*tan (kut snopa/2)

Mrtva zona: Područje neposredno ispred senzora (obično 0,1-0,5 m) koje se ne može mjeriti. Nijedan dio grijača (uključujući držače ili razvodne kutije) ne smije stršiti u ovu zonu.

Mrtva zona: Prostor prije nego senzor počne raditi. Minimalna udaljenost osjeta.

Provjera položaja grijača
Nakon što ste odabrali vrstu grijača i mjesto ugradnje, potrebno je napraviti brzi test mapiranja prije stvarne ugradnje. Postupak ispitivanja:

Pričvrstite ultrazvučni senzor na predviđeno mjesto.

Postavite PTFE grijač (ili model-istog oblika i veličine) na planirano mjesto u spremniku.

Napunite spremnik vodom do poznate visine.

Malo pomaknite grijač i promatrajte izlaz senzora. Svaki nagli skok navedene razine je lažni odjek grijača.

Promijenite položaj ili usmjerenje grijača tako da nema lažnog-eha u cijelom rasponu radne razine.

Ovo ispitivanje posebno je važno za spremnike s kompliciranom unutarnjom strukturom (pregrade, miješalice, zavojnice) koje mogu izazvati dodatne refleksije.

Montažni nosač i postavljanje razvodne kutije
Mnogi grijači koji se montiraju na vrh spremnika ili na bočne zidove opremljeni su metalnim nosačima za ugradnju i električnim razvodnim kutijama. Njih također treba držati podalje od ultrazvučne zrake. Čak i ako je sam PTFE omotač pravilno maskiran, metalni nosač blizu senzora može izazvati značajan odjek. Razvodna kutija trebala bi se nalaziti ispod putanje snopa senzora ili na strani spremnika senzora. Ako spremnik ima ravan vrh, postavite senzor na mjesto gdje nema drugih gornjih-priključaka (npr. prirubnica grijača, zaštitnih otvora ili uronjenih cijevi) unutar konusa grede.

Popis za provjeru praktičnog odabira
Za odabir PTFE grijača za spremnik s ultrazvučnim senzorom razine koristit će se sljedeći kontrolni popis:

Dobijte podatke senzora: kut snopa, udaljenost mrtvog pojasa i mjesto ugradnje.

Odredite otisak snopa na uobičajenoj dubini tekućine.

Bez grijača ili nosača unutar konusa grede. Nemojte instalirati centralno.

Odlučite se za bočne-postavljene grijače u obliku slova L ili pod kutom, koji drže grijani dio blizu stijenke spremnika.

Horizontalni nosač za plitke spremnike (pazite da grijač nije odmah ispod senzora)

Test mapiranja s vodom prije kemijske usluge.

Unesite konačnu poziciju na instalacijski crtež.

Operatori vlakova moraju prepoznati da bi brza promjena u očitanju razine mogla biti posljedica pomicanja grijača (npr. zbog vibracija) na putu snopa.

Zaključak: Grijanje koje je akustički nevidljivo
Odabir pravog PTFE grijača za spremnik s ultrazvučnim senzorom razine lekcija je o akustičkom pozicioniranju. Održava jasnu i preciznu povratnu informaciju vitalne razine (eho senzora) bez lažnih refleksija od grijaćeg elementa. Optimalni dizajn grijanja je onaj koji ne zasljepljuje druge senzore u spremniku. Pouzdano i sigurno upravljanje razinom u spremniku može se postići odabirom bočno-postavljenog grijača u obliku slova L i potvrđivanjem njegovog položaja testom mapiranja te osiguravanjem da su svi nosači i spojne kutije izvan ultrazvučne zrake. Ova mala integracijska stavka dovela je do nebrojenih kvarova suhog-požara i problema s preljevom. Nekoliko minuta akustičkog planiranja tijekom projektiranja može uštedjeti mjesece otklanjanja pogrešaka.