Основные различия между волноводным радаром и бесконтактным радаром измерения уровня — Rosemount 5300 и серия . 5400 Руководство по выбору отрасли

Радарные уровнемеры являются основными устройствами непрерывного измерения уровня в нефтяной, химической, энергетической, водоочистной и фармацевтической промышленности. Волноводный радар Emerson Rosemount 5300 и бесконтактный радар 5400 представляют собой два различных технологических подхода, существенно различающихся по принципам измерения, совместимости со средами, требованиям к установке и эксплуатационным возможностям. Многие ошибки инженерного выбора происходят из-за отсутствия ясности относительно границ применения этих двух радиолокационных технологий. В этой статье всесторонне анализируются основные различия между 5300 и 5400 по пяти параметрам: принципам, производительности, условиям эксплуатации, техническому обслуживанию и стандартизированным критериям выбора, обеспечивающим стоимость, для инженеров-измерителей, EPC-подрядчиков и специалистов по закупкам.

Волноводный радар Rosemount 5300 (технология рефлектометрии во временной области TDR)

Используя контактные измерения, прибор излучает микроволновые импульсы наносекундного уровня, которые распространяются по волноводному стержню или кабелю, погруженному в среду. Когда импульс достигает поверхности жидкости или границы раздела нефть-вода, он отражается обратно. Высота уровня жидкости рассчитывается на основе разницы во времени между передачей и эхом.

• Микроволновое излучение ограничивается и направляется волноводным стержнем, что приводит к чрезвычайно низким потерям энергии и мощности эхо-сигнала в 2–5 раз выше, чем у радара в открытом пространстве.

• Запатентованная технология прямого переключения DST повышает мощность сигнала в сочетании с алгоритмом обнаружения конца стержня волновода PEP, что позволяет одновременно улавливать двойные эхо-сигналы как от верхней поверхности жидкости, так и от нижней границы раздела среды.

• На скорость волны влияет только диэлектрическая проницаемость среды с минимальными помехами от пара, тумана и турбулентности на пути распространения.

Бесконтактный радар Rosemount 5400 (микроволновой радар для свободного пространства)

Используя бесконтактное измерение, антенна излучает высокочастотные микроволны в воздух внутри резервуара. Микроволны свободно распространяются через воздушную среду, отражаются от поверхности жидкости и возвращаются к антенне, что позволяет измерить расстояние.

• Микроволны распространяются полностью через газовое пространство, без каких-либо компонентов, контактирующих со средой;

• Может определять только верхний уровень жидкости в резервуаре и не может различать границы раздела нескольких слоев среды;

Пар, пена, внутреннее перемешивание и металлические опоры внутри резервуара могут рассеивать микроволны, вызывая помехи, требующие ручного подавления ложных эхо-сигналов.

Волноводный радар 5300

1. Оснащен сменными зондами: одностержневыми, гибкими кабелями, двухстержневыми, коаксиальными и направленными волновыми стержнями с антикоррозийным покрытием из ПТФЭ;

2. Зонд полностью погружен в среду и вступает в непосредственный контакт с жидкостями, суспензиями и твердыми веществами;

3. Преимущества: Стабильные измерения достижимы даже в узких байпасных трубах, реакторах и контейнерах малого диаметра;

4. Недостатки: К направляющему стержню может прилипать липкая или склонная к образованию накипи среда, что требует периодической очистки зонда во время длительной эксплуатации.

Бесконтактный радар 5400

1. Оборудован акустической антенной и герметичной антенной, зонд не заходит в резервуар;

2. Вся установка соединяется с резервуаром только через фланец, без контакта компонентов с технологической средой;

3. Преимущества: гигиеничность пищевых продуктов, высокая вязкость, легкое прилипание к стенкам, отсутствие риска загрязнения зонда в условиях высокой коррозии и сильной адгезии;

4. Недостатки: малая емкость резервуара, узкая обводная труба и сильное затухание сигнала в сценариях с многочисленными внутренними препятствиями, что приводит к нестабильным измерениям.

Возможность адаптации диэлектрической проницаемости

• Волноводный радар 5300: способен измерять диэлектрическую проницаемость всего 1,4 (пластиковые гранулы, легкое масло, органические растворители с низкой диэлектрической проницаемостью), обеспечивая четкие эхосигналы даже в средах с низкой диэлектрической проницаемостью, со стабильными измерениями в условиях пены, турбулентного потока и насыщенного пара;

• Бесконтактный радар 5400: Эхосигналы слабы, когда диэлектрическая проницаемость среды ниже 1,8; потеря сигнала весьма вероятна в средах с густой пеной или плотным паром, и она подходит только для сред с высокой диэлектрической проницаемостью и без пены, таких как чистая вода и метанол.

Возможность измерения границы раздела (основной водораздел)

• 5300 уникальных преимуществ: поддерживает измерение границ раздела нефти и воды, твердо-жидких и слоистых суспензий, способно определять границы раздела толщиной до 25 мм, что делает его стандартным инструментом для резервуаров для обессоливания сырой нефти и буферных резервуаров для воды и нефти;

• 5400 вообще не обеспечивает никакой поддержки: микроволновое излучение полностью отражается при контакте с первым слоем жидкости, не имея возможности проникнуть в верхний слой жидкости и обнаружить границу раздела ниже.

Пределы допуска по диапазону, температуре и давлению

1. Верхний предел диапазона измерения: оба имеют максимальное расстояние измерения до 50 метров;

2. Температурные пределы: 5300 охватывает температуру от -196 до 400 градусов (низкая температура СПГ/высокотемпературный пар), тогда как верхний предел допуска к высоким температурам 5400 ниже, чем у 5300;

3. Диапазон давления: Модель 5300 поддерживает условия высокого давления от полного вакуума до 345 бар, подходит для реакторов гидрирования и высокого давления; Модель 5400 имеет ограниченные возможности решений по уплотнению под высоким давлением.

Точность измерения

• 5300: высокая точность ±3 мм, повторяемость ±1 мм, сертификат безопасности SIL2, совместимость с блокировкой уровня контура безопасности SIS;

• 5400: базовая точность ±5 мм, без ограничений по стержню волновода; Погрешность измерения для танков на больших расстояниях немного выше, чем у волноводного радара.

Диапазон мертвой зоны

• 5300: Меньшие верхняя и нижняя мертвые зоны, что обеспечивает более широкий эффективный диапазон измерений, подходящий для коротких резервуаров и небольших реакторов;

• 5400: В верхней антенне имеется значительная «мертвая зона», что делает невозможным получение точных показаний в верхней части резервуара.

(1) Приоритизировать использование 5300 сценариев волноводных радиолокаторов.

1. Условия стратифицированной среды: резервуары для обессоливания нефтеперерабатывающих заводов, резервуары для разделения нефти и воды и пруды для разделения осадка сточных вод и воды;

2. Среды с низкой диэлектрической проницаемостью: бензин, дизельное топливо, сольвентное масло, пластиковые гранулы, порошковые бункеры;

3. Жесткая газовая среда: насыщенный пар, чрезмерная пена, интенсивно перемешиваемые турбулентные емкости;

4. Компактное пространство для установки: байпасные трубы малого диаметра, реакторы с рубашкой и вытесняющие резервуары;

5. Экстремальные условия высокого давления/криогенности: резервуары для хранения СПГ, установки гидрирования, барабаны высокотемпературных котлов;

6. Инструментальная система безопасности (SIS): требуются устройства блокировки уровня SIL2 и защиты от переполнения;

7. Шламовые и вязкие среды: покрытия, смолы, минеральные суспензии, буферные резервуары для ила.

(2) Приоритизировать использование 5400 бесконтактных радиолокационных сценариев.

1. Применения с высоким уровнем гигиены: стерильные резервуары для хранения фармацевтических препаратов, чистые резервуары для пищевых продуктов и напитков, без риска загрязнения зонда;

2. Высокая адгезия и высокая склонность к образованию накипи. Среды: высоковязкие смолы, асфальт, латекс, предотвращающие отложение материала зонда;

3. Удлиненные атмосферные резервуары для хранения: большие резервуары для сырой нефти и резервуары для хранения под открытым небом, что устраняет трудности при установке, вызванные длинными кабелями;

4. Среда очень агрессивна, и подходящий материал для зонда отсутствует: сильные окислители, концентрированные сильные кислоты, что позволяет избежать коррозии и износа стержня волновода;

5. Частая очистка резервуара и частая смена среды на производственных линиях: нет необходимости разбирать зонд для очистки, что сокращает время простоя и технического обслуживания;

6. Имеется трубопроводное оборудование с шаровыми кранами, выполняющими роль барьеров, что делает невозможным установку через них датчиков.

Требования к установке

• 5300: Простота установки, совместимость с байпасными трубами, небольшими резервуарами и эксцентриковыми отверстиями для труб; Для выпрямления зондов с гибким кабелем большого радиуса действия требуется нижний груз, что приводит к несколько более высоким затратам на установку и подъем для высоких резервуаров.

• 5400: Требуются строгие условия установки: никакие опоры, входные отверстия или лопасти крыльчатки не должны мешать непосредственно под антенной; В узких трубах возникают значительные помехи из-за помех, что приводит к необходимости использования направляющей трубки большого диаметра.

Регулярное техническое обслуживание

• Проблема 5300: Длительная работа с вязкими средами приводит к скоплению материала и накипи на направляющем стержне, ослаблению эхо-сигналов, что требует снятия зонда и очистки во время ежегодного технического обслуживания;

• 5400 преимуществ: Бесконтактная среда, требует лишь периодической продувки антенного конденсата, практически без поддержания адгезии среды;

• Возможности диагностики: Обе модели оснащены функцией удаленной диагностики HART/AMS. Модель 5300 может прогнозировать уровни загрязнения зондов на основе показателей качества сигнала, что позволяет заранее планировать техническое обслуживание.

Стоимость замены запчастей

• 5300: Датчик является расходной частью и подлежит полной замене в случае коррозии или износа, что приводит к увеличению затрат на запасные части в долгосрочной перспективе.

• 5400: Только антенна является дополнительной и заменяемой, без расходных материалов, требующих погружения в воду, что приводит к снижению затрат на техническое обслуживание в течение срока службы.

1. Протоколы связи: модели 5300 и 5400 поддерживают HART 4–20 мА, WirelessHART, полевая шина FF и Modbus и совместимы с портативными коммуникаторами Trex и системой управления устройствами AMS;

2. Уровень безопасности: стандартно оснащен сертификацией SIL2 IEC61508 для всей серии, что соответствует требованиям к системам безопасности для химической и нефтегазовой промышленности;

3. Сертификация взрывозащиты. Все продукты имеют сертификаты искробезопасности/взрывозащищенности ATEX, IECEx и FM, охватывающие глобальные опасные зоны зоны 0/1/2.

1. Заблуждение: Если в танке пена, сразу выбирайте бесконтактный радар

Ответ: Пена рассеивает микроволны в свободном пространстве, из-за чего прибор 5400 легко пропускает показания; для пенистых условий отдайте предпочтение волноводному радару 5300, сигнал которого проходит вдоль зонда и не блокируется пеной.

2. Заблуждение: Модель 5400 можно использовать для измерения границы раздела нефти и воды.

Ответ: Микроволновая печь 5400 не может проникнуть через верхний слой жидкости и, следовательно, не может обнаружить расслоение; поэтому для измерения интерфейса подходит только серия 5300.

3. Заблуждение: в резервуарах большой емкости необходимо использовать модель 5400.

Ответ: Зонд с мягким кабелем 5300 имеет максимальную дальность действия 50 м; для больших резервуаров можно выбрать волноводный радар кабельного типа. Модель 5400 следует выбирать только в том случае, если среда чрезвычайно вязкая и использование зонда невозможно.

4. Заблуждение: волноводный радар нельзя использовать в чистых помещениях.

Ответ: Модель 5300 может использовать гигиенический датчик из полированной стали 316L или с покрытием из ПТФЭ; однако при частой смене материалов и стерильных средах с высокой чистотой бесконтактное решение 5400 является более удобным.

Для получения полной выборки Rosemount 5300/5400, таблиц совместимости материалов сред и решений контуров безопасности SIL свяжитесь с нашими инженерами по КИП для получения бесплатного доступа к оригинальным заводским техническим руководствам и индивидуальным рекомендациям, основанным на ваших условиях эксплуатации. Мы также предоставляем техническую поддержку по удаленной настройке и вводу в эксплуатацию с помощью портативных операторов Trex.