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 to zatem innowacyjne wykorzystanie technologii ultradźwiękowej bezinwazyjnej do pomiaru przepływu pary wodnej. Przypomnijmy, że bezinwazyjność oznacza brak ingerencji w proces technologiczny. Dzięki temu eliminujemy wszelkiego rodzaju zagrożenia wynikające z rozszczelnienia połączeń procesowych. Umożliwiamy prowadzenie pomiaru przepływu bez konieczności zatrzymywania procesu technologicznego, co przekłada się na oczywiste korzyści ekonomiczne.
Bezinwazyjny pomiar pary wodnej przeznaczony jest głównie do procesów technologicznych, gdzie temperatura medium jest bardzo wysoka, a para jest przegrzana bez kondensacji. Będą to na przykład rozliczenia wewnętrzne rozchodu pary, monitoringu procesu oraz bilansowania zużycia. Główni odbiorcy to zatem elektrownie produkujące energię, zakłady przetwarzania odpadów, przemysł chemiczny i rafineryjny oraz pozostałe zakłady wytwórcze.
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.
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:
