Základní rozdíly mezi řízeným vlnovým radarem a bezkontaktním radarovým měřením úrovně – Rosemount 5300 vs . 5400 Series Průvodce výběrem průmyslu

Radarové hladinové vysílače jsou běžná zařízení pro kontinuální měření hladiny v ropném, chemickém, energetickém, vodním a jemném farmaceutickém průmyslu. Radar s řízenou vlnou 5300 a bezkontaktní radar 5400 společnosti Emerson Rosemount představují dva odlišné technologické přístupy, které se výrazně liší principy měření, kompatibilitou médií, požadavky na instalaci a výkonnostními možnostmi. Mnoho technických chyb při výběru pramení z nejasnosti ohledně aplikačních hranic těchto dvou radarových technologií. Tento článek komplexně analyzuje základní rozdíly mezi 5300 a 5400 v pěti dimenzích – principy, výkon, provozní podmínky, údržba a standardizovaná výběrová kritéria pro poskytování nákladů pro přístrojové inženýry, dodavatele EPC a odborníky na nákup.

Rosemount 5300 Guided Wave Radar (TDR Time Domain Reflectometry Technology)

Pomocí kontaktního měření přístroj vysílá mikrovlnné pulsy na nanosekundové úrovni, které se pohybují podél vlnovodné tyče nebo kabelu ponořeného do média. Když pulz dosáhne hladiny kapaliny nebo rozhraní olej-voda, odrazí se zpět. Výška hladiny kapaliny se vypočítává na základě časového rozdílu mezi přenosem a ozvěnou.

• Mikrovlnná trouba je omezena a vedena vlnovodnou tyčí, což má za následek extrémně nízkou ztrátu energie a sílu signálu ozvěny 2 až 5krát vyšší než u radaru ve volném prostoru.

• Patentovaná technologie přímého přepínání DST zvyšuje sílu signálu v kombinaci s algoritmem detekce konce tyče vlnovodu PEP, což umožňuje současné zachycení duálních ozvěn jak z horního povrchu kapaliny, tak z rozhraní spodního média.

• Rychlost vlnění je ovlivněna pouze dielektrickou konstantou média s minimálním rušením párou, mlhou a turbulencemi na dráze šíření.

Bezkontaktní radar Rosemount 5400 (mikrovlnný radar volného prostoru)

Pomocí bezkontaktního měření anténa vysílá vysokofrekvenční mikrovlny do vzduchu uvnitř nádrže. Mikrovlny se volně šíří vzduchem, odrážejí se od hladiny kapaliny a vracejí se k anténě, což umožňuje měření vzdálenosti.

• Mikrovlny se šíří výhradně plynným prostorem, přičemž žádné součásti nejsou v kontaktu s médiem;

• Dokáže detekovat pouze horní hladinu kapaliny v nádrži a nedokáže rozlišit mezi rozhraními více vrstev média;

Pára, pěna, vnitřní míchání a kovové podpěry uvnitř nádrže mohou rozptýlit mikrovlny a způsobit rušení, což vyžaduje ruční potlačení falešných ozvěn.

5300 řízený vlnový radar

1. Vybaveno výměnnými sondami: jednotyčové, flexibilní kabely, dvoutyčové, koaxiální a PTFE korozně potažené vlnové tyče;

2. Sonda je zcela ponořena do média a přichází do přímého kontaktu s kapalinami, kaly a pevnými látkami;

3. Výhody: Stabilní měření je dosažitelné i v úzkých obtokových potrubích, reaktorech a nádobách o malém průměru;

4. Nedostatky: Lepkavá média nebo média náchylná k usazování vodního kamene mohou přilnout k vodicí tyči, což vyžaduje pravidelné čištění sondy během dlouhodobého provozu.

5400 Bezkontaktní radar

1. Vybaveno reproduktorovou anténou a procesně utěsněnou anténou, žádná sonda nezasahující do nádrže;

2. Celá jednotka je připojena k nádrži pouze přes přírubu, žádné součásti nejsou v kontaktu s procesním médiem;

3. Výhody: Hygiena na úrovni potravin, vysoká viskozita se snadnou přilnavostí ke stěně, žádné riziko kontaminace sondy za vysoce korozivních a silně adhezivních podmínek;

4. Nedostatky: Malá kapacita nádrže, úzké obtokové potrubí a silný útlum signálu ve scénářích s mnoha vnitřními překážkami, což vede k nestabilním měřením.

Schopnost adaptace dielektrické konstanty

• 5300 Guided Wave Radar: Schopný měřit dielektrické konstanty již od 1,4 (plastové pelety, lehký olej, organická rozpouštědla s nízkým dielektrickým účinkem), poskytující jasné ozvěny i v prostředí s nízkou dielektrikou, se stabilními měřeními v podmínkách pěny, turbulentního proudění a nasycené páry;

• 5400 bezkontaktní radar: echa jsou slabá, když je dielektrická konstanta média nižší než 1,8; ztráta signálu je vysoce pravděpodobná v prostředí s hustou pěnou nebo hustou párou a je vhodná pouze pro vysoce dielektrická média bez pěny, jako je čistá voda a metanol.

Schopnost měření rozhraní (povodí jádra)

• Jedinečné výhody 5300: podporuje měření rozhraní olej-voda, pevná látka-kapalina a vrstvené kaly, schopné rozlišit rozhraní tenké až 25 mm, což z něj činí standardní přístroj pro odsolovací nádrže na ropu a vyrovnávací nádrže olej-voda;

• 5400 nenabízí vůbec žádnou podporu: mikrovlna se zcela odráží při kontaktu s první vrstvou kapaliny, není schopna proniknout horní kapalinou a detekovat rozhraní pod ní.

Meze tolerance rozsahu, teploty a tlaku

1. Horní hranice měřicího rozsahu: Oba mají maximální vzdálenost měření až 50 metrů;

2. Teplotní limity: 5300 pokrývá -196 stupňů až 400 stupňů (LNG nízkoteplotní/vysokoteplotní pára), zatímco horní mez tolerance vysoké teploty 5400 je nižší než 5300;

3. Rozsah tlaku: 5300 podporuje plné vakuum až 345 barů za podmínek vysokého tlaku, vhodné pro hydrogenační a vysokotlaké reaktory; 5400 má omezené možnosti řešení vysokotlakého těsnění.

Přesnost měření

• 5300: ±3 mm vysoká přesnost, opakovatelnost ±1 mm, bezpečnost certifikovaná SIL2, kompatibilní s SIS bezpečnostním blokováním úrovně;

• 5400: Základní přesnost ±5 mm, bez omezení vlnovodné tyče; chyba měření u aplikací s nádrží na velké vzdálenosti je o něco vyšší než u radaru s řízenou vlnou.

Rozsah mrtvého pásma

• 5300: Menší horní a dolní mrtvé zóny umožňující větší efektivní rozsah měření vhodný pro krátké nádrže a malé reaktory;

• 5400: V horní anténě je významný slepý bod měření, který znemožňuje získat přesné údaje v horní části nádrže.

(1) Upřednostněte použití 5300 radarových scénářů s řízenými vlnami

1. Podmínky stratifikovaného média: odsolovací nádrže rafinérií, nádrže na separaci oleje a vody a nádrže na rozhraní kalu a vody z odpadních vod;

2. Nízká dielektrická média: benzín, nafta, rozpouštědlový olej, plastové pelety, prášková sila;

3. Drsné plynné prostředí: nasycená pára, nadměrná pěna, silně míchané turbulentní nádoby;

4. Kompaktní instalační prostor: obtokové potrubí malého průměru, opláštěné reaktory a výtlačné nádoby;

5. Vysokotlaké/kryogenní extrémní podmínky: zásobníky LNG, hydrogenační jednotky, bubny vysokoteplotních kotlů;

6. Safety Instrumented System (SIS): Vyžaduje úrovňové blokovací zařízení a ochranná zařízení proti přetečení s certifikací SIL2;

7. Kal a viskózní média: nátěry, pryskyřice, minerální kaly, vyrovnávací nádrže kalu.

(2) Upřednostněte použití 5400 bezkontaktních radarových scénářů

1. Vysoce hygienické aplikace: sterilní farmaceutické skladovací nádrže, čisté nádrže na potraviny a nápoje, bez rizika kontaminace sondy;

2. Silně přilnavá a vysoce náchylná k usazování vodního kamene: vysoce viskózní pryskyřice, asfalt, latex – zabraňují usazování materiálu sondy;

3. Extra dlouhé atmosférické skladovací nádrže: velké nádrže na ropu a venkovní skladovací nádrže, které eliminují potíže s instalací způsobené dlouhými kabely;

4. Médium je vysoce korozivní a není k dispozici žádný vhodný materiál sondy: silné oxidanty, koncentrované silné kyseliny zabraňující korozi a opotřebení vlnovodu;

5. Časté čištění nádrže a časté přepínání média ve výrobních linkách: Není třeba rozebírat sondu pro čištění, což snižuje prostoje a údržbu;

6. Existují potrubní zařízení s kulovými kohouty, které slouží jako zábrany, které znemožňují instalaci sond přes ně.

Požadavky na instalaci

• 5300: Snadná instalace, kompatibilní s obtokovými potrubími, malými nádržemi a excentrickými otvory pro potrubí; Flexibilní kabelové sondy s dlouhým dosahem vyžadují pro narovnání spodní závaží, což má za následek mírně vyšší náklady na instalaci a zvedání vysokých nádrží.

• 5400: Vyžaduje přísné podmínky instalace – žádné podpěry, přívody nebo lopatky oběžného kola by neměly překážet přímo pod anténou; u úzkých trubek dochází k výraznému rušení nepořádkem, což vyžaduje použití s ​​vodicí trubkou velkého průměru.

Běžná údržba

• Problém 5300: Dlouhodobý provoz s viskózním médiem způsobuje nahromadění materiálu a usazování vodního kamene na vodicí tyči, zeslabení echo signálů, což vyžaduje vyjmutí sondy a čištění během roční údržby;

• Výhody 5400: Bezkontaktní médium, vyžaduje pouze pravidelné čištění kondenzátu antény, prakticky bez udržování adheze média;

• Diagnostická schopnost: Oba modely jsou vybaveny dálkovou diagnostikou HART/AMS. 5300 dokáže předvídat úrovně znečištění sondy na základě indikátorů kvality signálu, což umožňuje proaktivní plánování údržby.

Cena výměny náhradních dílů

• 5300: Sonda je spotřební díl a musí být zcela vyměněn, jakmile zkoroduje nebo opotřebuje, což má za následek vyšší dlouhodobé náklady na náhradní díly.

• 5400: Volitelná a vyměnitelná je pouze anténa, bez spotřebního materiálu vyžadujícího ponoření, což má za následek nižší náklady na údržbu po celou dobu životnosti.

1. Komunikační protokoly: 5300 i 5400 podporují 4–20 mA HART, WirelessHART, FF fieldbus a Modbus a jsou kompatibilní s ručními komunikátory Trex a systémem správy zařízení AMS;

2. Úroveň bezpečnosti: Standardně vybaveno certifikací SIL2 IEC61508 napříč celou řadou, splňující požadavky na bezpečnostní přístrojové systémy pro chemický a ropný a plynárenský průmysl;

3. Certifikace odolnosti proti výbuchu: Všechny produkty mají certifikace ATEX, IECEx a FM pro jiskrovou bezpečnost/odolnost proti výbuchu, které pokrývají globální nebezpečné oblasti zóny 0/1/2.

1. Mylná představa: Pokud má nádrž pěnu, zvolte přímo bezkontaktní radar

Odpověď: Pěna rozptyluje mikrovlny ve volném prostoru, což způsobuje, že 5400 snadno přeskakuje měření; pro pěnové podmínky upřednostňujte radar s řízenou vlnou 5300, jehož signál se šíří podél sondy a není blokován pěnou.

2. Mylná představa: 5400 lze použít pro měření rozhraní olej-voda.

Odpověď: Mikrovlnná trouba 5400 nemůže proniknout horní vrstvou kapaliny, a proto nemůže detekovat stratifikaci; proto je pro měření rozhraní vhodná pouze řada 5300.

3. Mylná představa: Dlouhé skladovací nádrže musí používat 5400

Odpověď: Měkká kabelová sonda 5300 má maximální dosah 50 m; pro velké nádrže lze zvolit radar s řízenou vlnou kabelového typu. Pouze když je médium extrémně viskózní a použití sondy není možné, měla by být zvolena 5400.

4. Mylná představa: Řízený vlnový radar nelze používat v čistých prostorách

Odpověď: 5300 může používat leštěnou sanitární sondu 316L nebo potaženou PTFE; pro časté změny materiálu a sterilní prostředí s vysokou čistotou je však výhodnější bezkontaktní řešení 5400.

Chcete-li získat kompletní výběr vzorků Rosemount 5300/5400, tabulky kompatibility materiálů médií a řešení bezpečnostních smyček SIL, kontaktujte naše inženýry přístrojů, abyste získali bezplatný přístup k originálním továrním technickým příručkám a přizpůsobeným doporučením na základě vašich provozních podmínek. Poskytujeme také technickou podporu pro vzdálenou konfiguraci a uvádění do provozu prostřednictvím ručních operátorů Trex.