Gotowi na przyszłe wyzwania: ultradźwiękowe pomiary przepływu w instalacjach pochodni gazowej
Przepływomierze ultradźwiękowe są stosowane do pomiaru przepływu w pochodniach gazowych od ponad 30 lat. Ponieważ prędkości i skład gazów w pochodniach gazowych mogą ulegać gwałtownym zmianom, aplikacje te należą obecnie do najtrudniejszych zadań w obszarze pomiarów przepływu.
W skrócie
- Stosowane w wielu gałęziach przemysłu pochodnie gazowe, stanowią integralny element systemów bezpieczeństwa i odprowadzania niezagospodarowanych gazów, służący do kontrolowanego spalania dużych ilości składników palnych w sytuacjach awaryjnych. Charakter zastosowania sprawia, że parametry takie jak ciśnienie, przepływ objętościowy i skład odprowadzanych gazów mogą ulegać znacznym zmianom w krótkim czasie.
- Kompaktowe i zoptymalizowane instalacje produkcyjne umożliwiają osiąganie coraz większych wydajności, co przekłada się na wyższe maksymalne natężenia przepływu w pochodniach gazowych. W sytuacjach wyłączenia instalacji w rafineriach i zakładach petrochemicznych odnotowano prędkości przepływu przekraczające 120 m/s.
- Składy gazów przeznaczonych do spalenia w pochodni mogą się znacznie różnić, dlatego należy liczyć się z nagłymi zmianami parametrów przepływu. Ponadto w kontekście sterowania i optymalizacji procesów, a także wykrywania nieszczelności, na znaczeniu zyskały także warunki niskiego przepływu podczas normalnej eksploatacji.
- Aby zapewnić dokładny pomiar czasu w przypadku bardzo niskich natężeń przepływu, konieczne jest stosowanie przetworników o wysokiej rozdzielczości oraz zaawansowanych algorytmów przetwarzania sygnałów. W przypadku, gdy przed punktem pomiaru akustycznego ultradźwięków zamontowane są zawory lub podobne elementy, wysokie prędkości przepływu powodują gwałtowny wzrost szumu w przepływającym gazie. Przy dużych prędkościach gazu należy uwzględnić dryf "wiązki ultradźwiękowej".
FLOWSIC100 Flare-XT:
Niezawodny pomiar przepływu gazu w pochodniach gazowych w rafineriach ropy naftowej, zakładach chemicznych i zakładach przetwarzających gaz ziemny
Zmiany w globalnym otoczeniu prawnym
Zgodnie z globalnym trendem, w wielu branżach wprowadzane są coraz bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące ochrony środowiska. W przemyśle rafineryjnym, chemicznym i petrochemicznym technologia ultradźwiękowa jest stosowana od wielu lat. Obecnie poważnym wyzwaniem jest sprostanie zwiększonym wymaganiom w zakresie przepisów i sprawozdawczości.
Przekłada się to na konieczność zapewnienia wysokiej niezawodności pomiarów w pochodniach gazowych, a także dostępności danych - nawet w trudnych warunkach. Przepisy dla przemysłu rafineryjnego, chemicznego i petrochemicznego zostały już wdrożone, natomiast w wielu innych branżach trwa aktywne poszukiwanie rozwiązań technicznych, które umożliwią spełnienie przyszłych wymagań dotyczących ochrony środowiska. W porównaniu z innymi technologiami, ultradźwiękowe metody pomiaru oferują wiele korzyści, szczególnie w zakresie przygotowywania raportów.
Wyzwania związane z pomiarami przepływu gazu w pochodniach oraz rozwiązania technologiczne
Pomiar przepływu metodą ultradźwiękową to sprawdzona technologia stosowana w pomiarach przepływu płynów. Zakres zastosowań obejmuje pomiary rozliczeniowe, pomiary przepływu w pochodniach gazowych oraz kontrolę emisji. Przepływomierze ultradźwiękowe mierzą różnicę czasów przejścia fali wzdłuż i w poprzek strumienia płynu na ścieżce akustycznej, a na podstawie tego pomiaru obliczają średnią prędkość przepływu. W tym przypadku "średnia prędkość przepływu" oznacza prędkość przepływu uśrednioną w przekroju rury.
Jednym z głównych celów pomiaru przepływu w pochodni gazowej jest dokładne określenie ilości gazów cieplarnianych (GHG). W ostatnich latach coraz większą wagę przywiązuje się do dokładnego pomiaru emisji tej grupy gazów. Opłaty i podatki związane z zanieczyszczeniem powietrza stale rosną. W związku z tym rośnie również zapotrzebowanie na dokładne i łatwo dostępne technologie pomiarowe. Trudne warunki panujące w instalacjach pochodni gazowych zarówno w przemyśle naftowym i gazowym, jak i chemicznym i petrochemicznym stawiają przed technologia pomiarowymi poważne wyzwania:
- Prędkości gazu w zakresie 0...120 m/s
- Szybkie zmiany prędkości gazu
- Szybko zmieniające się składy mieszanin gazowych z zawartością gazu ziemnego, wodoru, dwutlenku węgla itp.
Aktywna korelacja dźwiękowa: niezawodna nawet przy najwyższych prędkościach gazu
Zapewnienie możliwości pomiaru nawet przy najwyższych prędkościach przepływu gazu jest jedną z najważniejszych wymaganych cech układu pomiarowego dla pochodni. Innowacyjna technologia ASC (Active Sound Correlation) pozwala obecnie zwiększyć dotychczasowy maksymalny zakres prędkości przepływu nawet o 30%. ASC koreluje prędkość przepływu gazu z szumem charakterystycznym dla danego zastosowania, generowanym przy wysokich prędkościach przepływu. W tym przypadku czujnik działa jak mikrofon. Opatentowana technologia ASC pozwala więc na jeszcze skuteczniejsze wykrywanie ewentualnych wycieków gazu.
Prosta konserwacja. Weryfikacja za pomocą jednego kliknięcia. Autodiagnostyka.
Połączenie oprogramowania diagnostycznego z oprogramowaniem sprzętowym oferuje wiele nowych możliwości i korzyści: system autodiagnostyki dostarcza cennych danych dotyczących stanu urządzenia, pokazuje trendy i sygnalizuje istotne zmiany. Usterki aplikacji są wykrywane i dokumentowane natychmiast po ich wystąpieniu, co pozwala uniknąć czasochłonnego poszukiwania przyczyn. System może też na żądanie przeprowadzić autodiagnostykę i zarejestrować swój aktualny stan. W ten sposób użytkownicy zyskują bardzo prosty sposób tworzenia dokumentów, które mogą stanowić poświadczenie zgodności z przepisami dotyczącymi emisji. Cały proces przebiega zdalnie, bez konieczności wysyłania pracownika serwisu na obiekt. Pozwala to w znacznym stopniu ograniczyć ryzyko związane z eksploatacją i bezpieczeństwem.
Systemy autodiagnostyki, takie jak i-diagnostics™, wspierają przejście z cyklicznej konserwacji okresowej na konserwację opartą na stanie technicznym, co pozwala zmniejszyć liczbę przeglądów serwisowych, a tym samym obniżyć koszty konserwacji.
Właściwe rozwiązanie dla każdego wyzwania
Ultradźwiękowe przepływomierze do pochodni gazowych mogą być stosowane w różnych obszarach o zróżnicowanych wymaganiach, dlatego też, aby zaproponować odpowiednie rozwiązanie konieczna jest gruntowna znajomość poszczególnych wyzwań. Na przykład obowiązujące w przemyśle rafineryjnym przepisy amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) wymagają, aby minimalna wartość opałowa w strefie spalania wynosiła 270 BTU/scf. Ponadto dla wszystkich pochodni gazowych wspomaganych parą wodną wymagany jest parametr rozcieńczenia wartości opałowej netto NHVdil ≥ 22 BTU/ft2. Należy przy tym zapewnić zachowanie wysokiej sprawności spalania. Aby spełnić te wymagania i utrzymać temperaturę ogrzewania na wymaganym poziomie, można wykorzystać ultradźwiękowe przepływomierze gazu również do regulacji dopływu pary .
Nowy przepływomierz do pochodni gazowych FLOWSIC100 Flare-XT jest dostępny w trzech różnych wersjach. Wszystkie wersje są dostępne z 1- lub 2-ścieżkowym układem pomiarowym. W obu konfiguracjach dostępne są wersje wykonującej pomiary w całej szerokości kanału gazowego ("crossduct") oraz wersje z pojedynczą sondą pomiarową. Kompaktowa wersja z sondą nadaje się do montażu z jednej strony, co ogranicza nakład pracy związany z instalacją. Wersja dwuścieżkowa zapewnia wysoką dokładność pomiarów nawet w trudnych warunkach przepływu oraz gwarantuje redundancję pomiarów. Mechanizm wysuwania urządzenia umożliwia również łatwą i szybką wymianę czujników podczas pracy instalacji. Rozbudowany moduł z dużą liczbą interfejsów umożliwia łatwe podłączenie do wielu różnych systemów i sieci.
Moduł interfejsów przetwarza sygnały wejściowe i oblicza parametry, takie jak masa cząsteczkowa, przepływ masowy i objętość gazu, a także znormalizowane wartości odniesienia. Dzięki oprogramowaniu FLOWgate™ i interfejsowi na podczerwień system można łatwo obsługiwać za pomocą laptopa lub tabletu. Zintegrowane interfejsy Ethernet i RS-485 umożliwiają zdalne monitorowanie stanu urządzenia.
Kluczowe parametry i dane pomiarowe, takie jak natężenie przepływu objętościowego, natężenie przepływu masowego czy masa cząsteczkowa, są przetwarzane w niezawodny sposób, analizowane i zapisywane. Pamięć wewnętrzna umożliwia trwałe archiwizowanie danych w bezpieczny i uporządkowany sposób. Dzięki wolnej od zakłóceń komunikacji cyfrowej moduł interfejsów można zamontować w odległości do 1000 m od punktu pomiarowego. Nie ma zatem potrzeby stosowania lokalnej, hermetycznej i potencjalnie kosztownej jednostki sterującej.
Wymiana przepływomierzy termicznych
Niektóre metody pomiarowe, takie jak pomiar termiczny przepływu, wymagają do prawidłowego działania czystego gazu. Technologia ultradźwiękowa umożliwia zapobieganie osadzaniu się zanieczyszczeń na czujnikach poprzez automatyczne wzmocnienie sygnału. Pozwala to zoptymalizować częstotliwość przeglądów, zmaksymalizować czas sprawności urządzeń pomiarowych oraz obniżyć koszty eksploatacji. Ponadto ultradźwiękowy pomiar gazu w pochodni jest jedyną technologią, która może pracować w zakresie pomiarowym sięgającym nawet 1:4000. Nie ma potrzeby koncentrowania się na warunkach wysokiego lub niskiego przepływu, ponieważ możliwe są pomiary prędkości w zakresie 0.03...120 m/s.
W przypadku zastosowań w sektorze wydobywczym, na przykład w procesach szczelinowania hydraulicznego, Endress+Hauser oferuje również niezawodny, wytrzymały i niewymagający ponownej kalibracji przetwornik FLOWSIC100 Flare-XT. Czujniki są podłączone bezpośrednio do zainstalowanego komputera przepływu. W tej konfiguracji produktu nie jest potrzebny moduł interfejsów, a ponadto nie są wymagane żadne przetworniki ciśnienia ani temperatury.
Indywidualna analiza zastosowania zapewnia odpowiednią wydajność pomiarów
W pomiarach przepływu w pochodniach gazowych każde zastosowanie jest inne: temperatura, ciśnienie, skład gazu, prędkość itp. mogą się znacznie różnić. Dlatego Endress+Hauser oferuje usługę indywidualnej analizy zastosowania dla każdego punktu pomiarowego i wsparcie w wyszukaniu optymalnego rozwiązania. Po przeprowadzeniu analizy klient otrzymuje arkusz danych zawierający wyniki analizy zastosowania dla konkretnej pochodni gazowej, dla każdego punktu pomiarowego na całym świecie.
