Klar til fremtiden: Ultralydsflowmålinger i flammeanlæg
Ultralydsflowmålere har i over 30 år været anvendt til at måle flowet i flammetårne. I dag er måling af gasflowet fra en flamme en af de mest udfordrende opgaver inden for flowmåling, da hastigheder og gassammensætninger kan ændre sig hurtigt.
I korte træk
- Flammetårne findes i mange brancher som en integreret del af sikkerheds- og røggassystemet, da de muliggør kontrolleret udledning af store mængder brændbare komponenter under uregelmæssige driftsforhold. På grund af deres natur kan tryk, volumen og sammensætning af flammegasser ændre sig betydeligt på kort tid.
- Kompakte og mere optimerede produktionsanlæg har større kapacitet og medfører derfor højere maksimale flowhastigheder i flammetårnet. Der er målt flowhastigheder på over 120 m/s under nedlukning i raffinaderier og petrokemiske anlæg.
- Affalds- eller flammegas kan variere meget i sammensætning, og man bør forvente pludselige ændringer i flowforholdene. Desuden fik forholdene med lavt flow større betydning for processtyring og -optimering samt for påvisning af ventillækager under normale driftsforhold.
- Lave flowhastigheder kræver transducerteknologi med høj opløsning og avancerede signalbehandlingsalgoritmer for at sikre præcis tidsmåling. Høje flowhastigheder vil medføre kraftig støj i den strømmende gas, hvis der er monteret ventiler etc. før den akustiske ultralydsmåling. Selv afdriften af "ultralydsstrålen" skal tages i betragtning ved høje gashastigheder.
FLOWSIC100 Flare-XT:
Pålidelig måling af flammegasflow i olieraffinaderier, kemiske anlæg og ved naturgasforarbejdning
Udviklingen i det globale lovgivningsmiljø
Miljøkravene bliver stadig strengere i mange brancher verden over. På raffinaderier samt i den kemiske og petrokemiske industri har ultralydsteknologi været anvendt i mange år. Nu kommer øget reguleringspres og rapporteringskrav ind i billedet.
Dette har stor betydning for behovet for pålidelige flammemålinger og tilgængeligheden af data – selv under vanskelige forhold. Selvom reglerne for raffinaderier og i den kemiske og petrokemiske industri allerede er fastlagt, ser vi også i mange andre brancher en aktiv søgen efter tekniske løsninger, der kan opfylde fremtidige miljøkrav. Især når det gælder måling, byder ultralydsteknologien også her på mange fordele i forhold til andre teknologier.
Udfordringer ved flammemåling og teknologiske løsninger
Ultralydsbaseret flowmåling er en veletableret teknologi inden for væskemåling. Anvendelsesområdet spænder fra custody transfer-måling til flammeflowmåling eller emissionskontrol. I princippet måler ultralydsbaserede flowmålere forskellen i gennemløbstiden, når lydbølgerne bevæger sig med og mod flowretningen på en akustisk bane, og udleder den gennemsnitlige flowhastighed ud fra denne måling. Her betyder "gennemsnitlig flowhastighed", at flowhastigheden er et gennemsnit over rørets tværsnit.
Et af hovedformålene med flammeflowmåling er at kunne opgøre mængden af drivhusgasser præcist. Der er i de senere år blevet lagt stadig større vægt på nøjagtige målinger af drivhusgasser. Afgifter og skatter på luftforurening stiger konstant. Dermed stiger behovet for nøjagtige og tilgængelige målinger også. I forbindelse med vanskelige forhold vedrørende flammegas udgør kravene til måleteknologi en udfordring inden for olie- og gasindustrien samt den kemiske og petrokemiske industri:
- Gashastigheder fra 0 m/s til 120 m/s
- Hurtige ændringer i gashastigheden
- Gasblandinger, der ændrer sig hurtigt, med naturgas, brint, kuldioxid etc.
Aktiv lydkorrelation: Pålidelig selv ved meget høje gashastigheder
At sikre, at målinger kan foretages selv ved de højeste gashastigheder, er et af de vigtigste kendetegn ved et flammemålesystem. Den innovative ASC-teknologi (Active Sound Correlation Technology) udvider nu det tidligere maksimale flowområde med op til 30 %. ASC sammenholder gashastigheden med den anvendelsesspecifikke støj, der opstår ved høje flowhastigheder. I dette tilfælde fungerer sensoren som en mikrofon. Den patenterede ASC-teknologi muliggør således en endnu bedre dækning af eventuelle tilfælde af flammegas.
Enkel vedligeholdelse. Bekræftelse med et enkelt klik. Selvdiagnosticering.
Ved at integrere software og firmware åbnes der op for en lang række nye funktioner og fordele: Det selvovervågende system leverer værdifulde data om enhedens status, viser tendenser og fremhæver relevante ændringer. Applikationsfejl opdages og dokumenteres straks, hvilket gør det muligt at undgå tidskrævende fejlfinding. På anmodning foretager systemet en selvtest og registrerer sin aktuelle status. På denne måde får brugerne en meget enkel metode til at oprette dokumenter på, så det kan dokumenteres, at emissionskravene er opfyldt. – alt sammen eksternt og uden at der skal sendes en servicetekniker ud på stedet. Dette mindsker drifts- og sikkerhedsrisici markant.
Selvovervågningssystemer som i-diagnostics™ understøtter overgangen fra tidsbaseret vedligeholdelse til tilstandsbaseret vedligeholdelse, hvilket medfører færre serviceintervaller og dermed lavere vedligeholdelsesomkostninger.
Den rigtige løsning til enhver udfordring
Flammegasmålere med ultralydsteknologi anvendes i forskellige sammenhænge med skiftende krav, og det er derfor nødvendigt at have et indgående kendskab til de enkelte udfordringer for at kunne tilbyde den rette løsning. På raffinaderier kræver de nuværende regler fra det amerikanske miljøagentur (EPA) for eksempel en minimumsbrændværdi i forbrændingszonen på 270 BTU/scf. Der kræves desuden en forspændingsparameter for nettovarmeværdien på NHVdil ≥ 22 BTU/ft2 for alle dampassisterede flammer. Alt dette uden at gå på kompromis med den høje forbrændingseffektivitet. For at opfylde disse krav og holde opvarmningstemperaturen på det ønskede niveau kan der også anvendes ultralydsbaserede gasflowmålere til at regulere damptilførslen.
Den nye flammegasmåler FLOWSIC100 Flare-XT fås i tre forskellige udgaver. Alle versioner fås som målesystemer med 1 eller 2 målekanaler. Der findes både tværkanalinstallationer og systemer med enkeltdysesonder i begge konfigurationer. Sondeversionen er velegnet til kompakt, ensidig montering, hvilket minimerer det nødvendige installationsarbejde. 2-kanals-versionen sikrer høj målenøjagtighed selv under vanskelige flowforhold og giver måleredundans. En mekanisme til tilbagetrækning af enheden gør det desuden muligt at udskifte sensorerne nemt og hurtigt, mens anlægget er i drift. Den kraftfulde grænsefladeenhed kan nemt tilsluttes en lang række systemer og netværk takket være sine mange grænseflader.
Grænsefladeenheden behandler indgående signaler og beregner parametre såsom molekylærvægt, masseflow og gasvolumen samt standardiserede referenceværdier. Via en infrarød grænseflade kan systemet betjenes intuitivt fra en bærbar computer eller en tablet takket være FLOWgate™-softwaren. Takket være de indbyggede Ethernet- og RS-485-grænseflader kan enhedens status overvåges eksternt.
Vigtige parametre og måledata såsom volumenflow, masseflow eller molekylevægt behandles, analyseres og gemmes pålideligt. I den henseende gør den interne hukommelse det muligt at arkivere dataene permanent på en sikker og struktureret måde. Takket være den interferensfri, digitale kommunikation kan grænsefladeenheden installeres op til 1.000 m væk fra målepunktet. Der er derfor ikke længere behov for en lokal, trykbeskyttet og potentielt dyr styreenhed.
Udskiftning af termisk massemåler
Visse måleprincipper, såsom måling af termisk masse, kræver ren gas for at fungere korrekt. Ultralydsteknologien kan modvirke tilstopning eller forurening af sensorerne ved automatisk at forstærke signalet. Dette optimerer vedligeholdelsesintervallerne, sikrer maksimal driftstid for måleudstyret og reducerer driftsomkostningerne. Derudover er ultralydsbaseret flammegasmåling den eneste teknologi, der kan fungere inden for et måleområde på op til 1:4000. Det er ikke nødvendigt at tage højde for høje eller lave flowhastigheder, da der kan foretages målinger ved hastigheder fra 0,03 m/s til 120 m/s.
Til opstrømsanvendelser, f.eks. i forbindelse med fracking, tilbyder Endress+Hauser også FLOWSIC100 Flare-XT-transmitteren – en pålidelig og robust løsning, der ikke kræver rekalibrering. Sensorerne er direkte forbundet med en eksisterende flowcomputer. I denne produktkonfiguration er der ikke behov for en grænsefladeenhed, og der kræves hverken tryk- eller temperaturtransmittere.
Individuel applikationsvurdering giver en præcis måling af ydeevnen
Ved flammeflowmåling er hver enkelt anvendelse forskellig: Temperatur, tryk, gasblanding, hastighed etc. kan variere meget. Derfor tilbyder Endress+Hauser en individuel vurdering af anvendelsen for hvert enkelt målepunkt og finder frem til den optimale løsning. Efter evalueringen modtager kunden et datablad med evalueringsresultaterne for flammegasanvendelsen for hvert enkelt målepunkt – uanset hvor i verden kunden befinder sig.
