Akademia automatyki
14 Sierpień 2024
Na czym polega bezinwazyjny pomiar przepływu pary wodnej przegrzanej?
Para wodna w przemyśle stanowi bardzo ważne medium technologiczne. Dzięki swym właściwościom fizykalnym jest często używana jako czynnik termodynamiczny. W elektrowniach, służy na przykład do napędu turbin parowych, w innych gałęziach przemysłu wykorzystuje się ją jako nośnik ciepła. Skraplana w wymienniku ciepła w systemie grzewczym daje również entalpię parowania w procesie w postaci ciepła. Szerokie zastosowanie pary wodnej wskazuje na jej konieczność opomiarowania. Bezinwazyjny pomiar przepływu pary wodnej pozwoli na optymalizację zużycia poprzez kontrolowanie przepływu, co z kolei przełoży się na względy ekonomiczne zużycia tego medium.
Technologia CFM a pomiar przepływu pary wodnej przegrzanej
Na początek słowo wyjaśniające, czym jest CFM. Prędkość przepływu płynu (np. pary wodnej) mierzy się stosując zasadę korelacji. Dwie pary sond pomiarowych ultradźwiękowych tego samego typu montuje się jedna za drugą w odległości Δx na rurze całkowicie wypełnionej płynem. Ścieżki par sond pomiarowych tworzą bariery pomiarowe A i B. Sondy pomiarowe A1 i B1 naprzemiennie emitują sygnały pomiarowe, które następnie odbierają odpowiednie sondy odbiorcze A2 i B2. W przepływie turbulentnym występują zawirowania modelujące amplitudę i fazę sygnałów ultradźwiękowych. Wiry poruszają się wraz z przepływem i przechodzą przez bariery pomiarowe A i B z przesunięciem czasowym Δt. W ten sposób wzorce modulacji sygnałów ultradźwiękowych bariery pomiarowej A i B są również przesunięte o Δt. Schemat zobrazowano na rysunku 1.
CFM – Konfiguracja pomiaru przepływu z korelacją krzyżową (po lewej) i ilustracja przesunięcia czasowego pomiędzy wzorami modulacji sygnału modulacji A i B (po prawej)
Jak to działa w praktyce?
Sondy pomiarowe, które montujemy na rurociągu powinny być przystosowane do pomiaru pary wodnej. W przypadku wysokiej temperatury należy dodatkowo użyć specjalnej nakładki wysokotemperaturowej WaveInjector. To nakładka skonstruowana do procesów technologicznych o wysokim reżimie temperaturowym.
Warto nadmienić, że nieinwazyjny pomiar na rurociągach o średnicy zewnętrznej w zakresie 10 – 900 mm, jest możliwy nawet przy temperaturze 630ºC. Pamiętajmy, że warunkiem koniecznym do zaimplementowania technologii CFM jest wartość Reynolds powyżej 10000.Układ pomiarowy powinien również zawierać czujnik temperatury, dzięki któremu uzyskamy pomiar skompensowany i który możemy odnieść do masy przepływającej pary wodnej.
Nakładka wysokotemperaturowa WI
Zalety bezinwazyjnego pomiaru przepływu pary wodnej
Metoda pomiarowa CFM sprawdzi się wszędzie tam, gdzie proces technologiczny jest prowadzony w sposób ciągły i nie ma możliwości jego zatrzymania. Bezinwazyjny pomiar nie powoduje strat ciśnienia, co często jest istotnym czynnikiem w optymalizowaniu procesów technologicznych wykorzystujących parę wodną. Dzięki temu technologia bezinwazyjna ma relatywną przewagę nad technologiami inwazyjnymi. Wspomnijmy takie, które działają na zasadzie pomiaru różnicy ciśnień (kryzy, dysze, stożki spiętrzające) czy nad popularnymi przepływomierzami typu Vortex. Bezinwazyjny pomiar przepływu pary oznacza również pomiar bez bezpośredniego kontaktu z medium płynącym w rurze, co redukuje możliwości wycieków do zera.
Technologia bezinwazyjna CFM jest rozwiązaniem bezkonkurencyjnym dla innych technologii pomiarowych z uwagi na jej montaż. Nie wymaga redukcji rurociągu i swoje zastosowanie znajduje również w strefach zagrożenia wybuchem (I i II Strefa Ex).Należy jednak pamiętać, że metoda nie nadaje się do wszystkich procesów. Z uwagi na stosunkowo długi czas odpowiedzi na sygnał zwrotny (tzw. time response) wynoszący 10-35 s, metoda nie jest odpowiednia do procesów o dużej dynamice i szybkich zmianach wartości przepływu.
Podsumujmy – bezinwazyjny pomiar przepływu pary wodnej to rozwiązanie, które przynosi wymierne korzyści. Nie powoduje strat ciśnienia, wpływa na obniżenie kosztów instalacyjnych, przekłada się znacząco na wzrost wydajności procesu i mniejsze zużycie pary wodnej jako medium kluczowego. Pamiętajmy jednak, że nie jest to metoda uniwersalna.
Więcej szczegółów w najnowszym numerze Pod kontrolą:
Bezinwazyjny ultradźwiękowy pomiar przepływu pary o wysokim reżimie temperaturowym – czy to możliwe?
Aplikacja z użyciem nakładki wysokotemperaturowej WI
