Трансмитери за ниво с изравнена диафрагма: без запушване за ниво на каши и утайки

Излъчващи преобразуватели за ниво с изравнен диафрагмен елемент: измерване на нивото на утайки и шлам без запушване

Излъчващият преобразувател за ниво с изравнен диафрагмен елемент е хидростатичен преобразувател за налягане, чийто сензорен елемент е плосък метален или полимерен диафрагмен елемент, монтиран изравнено с процесната връзка, така че няма отвор за налягане, дюза или импулсна линия, които да се запушат. Той измерва хидростатичния стълб на течността над него в обхвати от 0-1 mH₂O до 0-100 mH₂O, с типична точност от 0,25-0,5% от пълната скала (FS), и извежда сигнал 4-20 mA. Тъй като диафрагменият елемент от 316L или с PTFE покритие е монтиран изравнено със стената на резервоара или фланеца, мъртвото пространство се елиминира и утайките, шламът, кашата или кристализиращите среди не могат да образуват мостове или да се уплътнят зад елемента, което прави излъчващия преобразувател за ниво с изравнен диафрагмен елемент стандартното решение за измерване на ниво без запушване за отпадни води, шлам и вискозни среди.

Проблемът със запушването: защо конвенционалните преобразуватели за налягане се провалят при шлам и утайки

Стандартните преобразуватели за налягане измерват нивото през отвор за налягане или импулсна линия, която свързва процеса със сензорния елемент. При чиста вода или леки химикали това работи добре, но при мръсни, вискозни или твърди среди се проваля по предвидими начини.

Мъртви зони зад диафрагмения елемент. Конвенционалният преобразувател има кухина, капилярна тръба или дюза между процеса и силициевата клетка. В резервоар за утайки или шлам, твърдите частици се утаяват в тази кухина, втвърдяват се с времето и образуват запушалка, която предава налягането лошо или изобщо. Резултатът е плаваща нулева точка и показание за ниво, което вече не следва реалното съдържание на резервоара.

Запушени импулсни линии. Когато преобразувателят е монтиран дистанционно и е свързан с тръба, импулсната линия се пълни с процесната среда. Влакнести материали в целулоза и хартия, парцали в отпадни води и утаени соли в химически процеси се събират в линията. След като линията се запуши, преобразувателят отчита уловено налягане, а не реалното ниво на течността, и почистването на линията е ръчна, трудоемка работа, която изважда инструмента от експлоатация.

Мостове от твърди частици и образуване на коричка. Среди, които кристализират или образуват коричка, като каустичен саламура, варови утайки, гипс или полимерни дозиращи разтвори, могат да образуват мост през отвора за налягане. Коричка с дебелина само няколко милиметра е достатъчна, за да изолира клетката от процеса, което води до замръзнало показание. Същият отказ се появява в хранителни приложения, където пасти и сиропи се карамелизират или втвърдяват около отвор.

Общата нишка е геометрията: всеки вдлъбнат отвор, дюза или тръба създава място, където твърдите частици могат да се натрупват. Излъчващият преобразувател за ниво с изравнен диафрагмен елемент премахва тази геометрия напълно.

Принцип на изравнения диафрагмен елемент: налягане през плосък, изравнен монтиран елемент

При уред с изравнена диафрагма, сензорният елемент е заварен или захванат така, че предната му повърхност да е точно в една равнина с повърхността на фланеца, резбовата процесна връзка или скобата. Процесната среда притиска директно върху цялата повърхност на диафрагмата, а диафрагмата, обикновено с дебелина 0,05-0,20 mm от 316L или 316L с PTFE/PVDF покритие, се огъва под приложеното хидростатично налягане. Запълваща течност, затворена между диафрагмата и сензорната клетка, предава това отклонение на силициевия сензор за налягане зад нея.

Тъй като диафрагмата е изравнена, няма мъртво пространство, импулсна линия или отвор, който да се запуши. Утайка, кал, пулп и вискозни пасти преминават покрай елемента, без да се натрупват, поради което конструкцията се описва и като предавател за налягане с изравнен монтаж или предавател с нулево мъртво пространство. Обхватът на налягането се определя от площта и твърдостта на диафрагмата: по-големи диафрагми (до DN80/DN100 или 3-4 инчови фланци) осигуряват ниски обхвати до 0-1 mH₂O с добра разделителна способност, докато по-малките връзки поемат високи статични налягания. WELK's хидростатичен предавател за ниво с изравнена диафрагма покрива пълния диапазон от размери на диафрагмите, намокрени материали и изходни опции, използвани при работа с утайки и отпадъчни води.

Намокрени материали и съвместимост със среди

Изборът на намокрения материал е най-важното решение за предавател с изравнена диафрагма, тъй като той трябва да издържа както на химията, така и на абразията на процесната среда.

Неръждаема стомана 316L е материалът по подразбиране за диафрагмата и е подходящ за повечето утайки от отпадъчни води, първични и вторични утаители, целулозна маса с умерена консистенция и неутрални или слабо корозивни кални суспензии. За процесни температури до около 130-150 °C непрекъснато, 316L обикновено е достатъчна.

Диафрагми от Hastelloy C-276 се предписват за силно кисели или съдържащи хлориди кални суспензии, като солна киселина, мокър хлор и дозиране на железен хлорид в пречистването на отпадъчни води. Диафрагма от Hastelloy избягва точковата и цепнатинна корозия, която съкращава живота на 316L в тези потоци.

Диафрагми с PTFE или PVDF покритие добавят полимерна бариера върху метала за силно корозивни среди като концентрирани киселини, основи и агресивни разтворители, като същевременно запазват изравнената геометрия. PTFE покрития се използват и там, където средите имат склонност да залепват по метала. WELK's антикорозионен хидростатичен трансмитер за ниво е изграден около устойчиви на корозия мокри части за химически суспензии и агресивни дозиращи приложения.

Санитарни опции за хранително-вкусовата, напитковата и фармацевтичната промишленост използват 316L с повърхностна обработка Ra ≤ 0,4 μm, 3A-съвместими скоби и безшевни заварки. Те са разгледани в раздела за санитарни приложения по-долу.

За абразивни среди имайте предвид, че тънка диафрагма, изложена на непрекъснат удар от твърди частици, може да се ерозира с годините на експлоатация. Където абразията е екстремна, по-дебела диафрагма, PTFE капак или удължена версия, която премества елемента в защитен джоб, може да бъдат оправдани, и инженерите на WELK ще препоръчат правилната комбинация въз основа на диаметъра на диафрагмата, твърдостта на средата и скоростта на потока.

Ключови спецификации на трансмитери за ниво с фланцова диафрагма

При сравняване на трансмитери с фланцова диафрагма, спецификациите, които имат значение за процесните решения, са:

• Обхват на измерване: Обикновено от 0-1 mH₂O (0-10 kPa) до 0-100 mH₂O (0-1 MPa), с междинни обхвати като 0-2, 0-5, 0-10, 0-20 и 0-35 mH₂O, които са често достъпни. Широки съотношения на обхват до 10:1 позволяват един инструмент да покрива няколко резервоара.
• Точност: 0,25-0,5% от обхвата за индустриални версии; 0,5% от обхвата е типична при средни работни температури. Санитарните и търговските версии могат да достигнат 0,1-0,2% от обхвата.
• Изход и захранване: Стандартен 4-20 mA двупроводен HART, с опции RS-485/Modbus и 0-5 V или 0-10 V. Контурът 4-20 mA остава доминиращият интерфейс в съществуващите DCS и PLC системи на завода.
• Температура на процеса: Температурни граници на диафрагмата от -20 °C до +130 °C непрекъснато за стандартни версии от 316L, с варианти за висока температура, оценени до +200 °C, и опции за ниска температура за криогенна работа. Корпусът на електрониката обикновено е оценен от -20 °C до +70 °C и е отделен от температурата на процеса чрез диафрагмата и пълнещата течност.
• Защита на околната среда: Индустриалните корпуси носят рейтинги IP65-IP68. Напълно потопяеми хидростатични трансмитери за ниво с рейтинг IP68 позволяват постоянно потапяне в резервоари, кладенци и шахти, докато фланцовите версии с изравнена повърхност с корпуси IP66/IP67 покриват инсталации над резервоара.
• Устойчивост на вакуум: Тъй като диафрагмата е директно свързана с пълнещата течност и клетката, тя трябва да издържа на вакуумни условия без разкъсване на диафрагмата или загуба на пълнеща течност. Устойчивите на вакуум конструкции са важни за резервоари, които се изпомпват или изпразват под сензора, и за съдове, които циклират между налягане и вакуум. Посочете изрично способността за вакуум, ако резервоарът може да бъде изтеглен.

Номиналните стойности на статичното налягане обикновено варират от 1.6 bar до 40 bar или повече в зависимост от номиналния фланец (PN16, PN40, ANSI 150/300), така че потвърдете работното налягане на резервоара, не само нивото на течността, когато оразмерявате инструмента.

Изравнена повърхност спрямо удължена диафрагма спрямо конвенционална: Указания за избор

И трите семейства са хидростатични сензори за ниво, но не са взаимозаменяеми при замърсен режим на работа.

Изберете изравнителна диафрагма, когато средата запушва, утаява се или кристализира. Изберете удължена диафрагма, когато температурата на процеса надвишава границата на напълващата течност на изравнителен модул (над около 150 °C) или когато статичното налягане е много високо, приемайки малък мъртъв джоб. Изберете конвенционален трансмитер само когато средата е чиста и имате нужда от максимален обхват или най-ниска цена. За по-пълно сравнение между радарни, ултразвукови, хидростатични и други технологии за утайки и отпадъчни води, ръководството на WELK за избор на сензори за измерване на ниво във вода и отпадъчни води разглежда компромисите според приложението.

Подробно разглеждане на приложения

Резервоари за утайки от отпадъчни води и помпени станции

В градска или промишлена пречиствателна станция за отпадъчни води, трансмитери с изравнителна диафрагма се монтират на дъното на резервоари за утайки, сгъстители, метанови ферментатори и мокри кладенци на помпени станции. При първична утайка с 2-6% твърди вещества, конвенционален трансмитер с отвор се запушва в рамките на седмици; изравнителна диафрагма с лице от 316L продължава да измерва правилно в продължение на години. Помпените станции, където средата е сурова канализация с парцали и пясък, са друг класически случай: изравнителният елемент избягва натрупването на парцали, което блокира барботьорни тръби и отвори. хидростатичен трансмитер за ниво на отпадни води е конфигуриран специално за тези задачи, а страницата за приложения за ниво на вода и отпадни води изброява пълния набор от инструменти за сектора.

Каси за хартиена маса в целулозно-хартиената промишленост

Хартиената маса с консистенция 3-6% е влакнеста и абразивна и се наслоява върху всеки издаден сензор. Мембрана с равно лице, монтирана в стената на касата, надеждно отчита хидростатичното налягане на масата, а гладката повърхност предотвратява натрупването на влакна между партидите. Тъй като масата може да съдържа увлечен въздух, директният контакт на конструкцията с равно лице с течния стълб дава по-стабилно отчитане от техниките с въздушна подпора.

Химически суспензии

В химическите заводи обработката на суспензии варира от варовикови суспензии и суспензии от титанов диоксид до гипсови и катализаторни суспензии. Варовиковите и гипсовите суспензии кристализират и образуват корички върху отворите; мембрана с равно лице с облицовка от Hastelloy или PTFE предотвратява образуването на корички в точката на измерване. За паркове от резервоари, обработващи множество агресивни течности, ръководството за измерване на нивото в резервоари за химическо съхранение и страницата за приложения за резервоари за химическо съхранение са полезни спътници на продуктовата линия с мембрани с равно лице.

Хранителни пасти, бои и лепила

Пасти и вискозни продукти като доматено пюре, горчица, шоколад, боя, лепила и смола се намокрят и залепват по метала. Мембрана с изравнено монтиране и гладка повърхност с голяма площ не дава на тези продукти възможност да залепнат по начин, който блокира сигнала. В хранително-вкусовата промишленост санитарните версии с изравнено монтиране, описани по-долу, също отговарят на изискванията за почистване на завода.

Утайници и хвостохранилища

Рудничните утайници събират гъста абразивна суспензия, често с 20-40% твърди вещества по тегло. Предавател с изравнено монтиране в стената на утайника издържа на ударите на твърдите частици много по-добре от сонда или барботер, а изходният сигнал 4-20 mA се подава директно към логиката за управление на помпата, която контролира нивото в утайника. За много дълбоки утайници и басейни, потопяема версия с изравнено монтиране и IP68 е алтернатива на стенния модул.

Санитарни предаватели с изравнено монтиране за хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост

Измерването на ниво в хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост добавя изисквания за почистване и хигиенен дизайн в допълнение към проблема със запушването. Самият продукт — кисело мляко, сироп, сметана, ферментационен бульон, връщащ се разтвор за CIP — е вискозен и повърхностите, контактуващи с продукта, не трябва да задържат остатъци, които да приютяват бактерии.

A санитарен предавател за ниво с изравнено монтиране е изработен с диафрагма от 316L, полирана до Ra ≤ 0,4 μm, заварена или захваната с безшевна връзка, и завършва със санитарна скоба 3A (tri-clamp) от DN25 до DN51, или с фитинг Varivent или DIN11851. Тъй като диафрагмата е изравнена, няма резби, джобове или мъртви зони, където продуктът може да се събере и да ферментира.

Съвместимостта с CIP (почистване на място) и SIP (стерилизация на място) зависи от температурната и химическата устойчивост на инструмента. Санитарен предавател с изравнено монтиране трябва да издържа на CIP цикли с основа и киселина при 85-95 °C, а за SIP — на кратки натоварвания с наситена пара при 130-140 °C, без да се повреди диафрагмата или уплътнителната течност. Насоките на EHEDG и 3A предпочитат изравнени, безшевни сензорни елементи точно поради причината, обсъдена тук: без мъртво пространство няма остатъци, което означава без подслон за микроорганизми. Когато се изисква стерилна бариера между процеса и уплътнителната течност, санитарен предавател с изравнено монтиране със заварена метална диафрагма осигурява необходимата цялост.

Съвети за монтаж и калибриране

Правилният монтаж на предавател с изравнено монтиране е разликата между години надеждна работа и хроничен проблем с поддръжката.

Заваръчен фланец или тръбно седло. Най-често срещаният монтаж е заваръчен фланец, дюза или тръбно седло, които се заваряват към стената на резервоара, като предавателят се закрепва към тях с болтове. Първо заварете монтажното парче, след това монтирайте предавателя — никога не заварявайте с монтиран инструмент, защото заваръчният ток може да премине през диафрагмата и уплътнителната течност, а топлината може да повреди електрониката. Ако заваряването трябва да стане близо до монтиран инструмент, отстранете го или защитете диафрагмата със заварена покривна плоча.

Ориентация на монтажа. Монтирайте предавателя така, че лицето на диафрагмата да е вертикално или леко наклонено надолу при монтаж на страничната стена. Това предотвратява натрупването на утаени твърди частици върху лицето на диафрагмата. За монтаж на дъното използвайте изравнена конфигурация, която позволява на твърдите частици да се оттичат от лицето.

Настройка на нулевата точка. След монтажа напълнете резервоара до известно референтно ниво или го изпразнете, след което извършете нулева корекция. Тъй като изравнената диафрагма измерва пълното хидростатично налягане, включително всяко течност в тръбопровода и монтажни напрежения, полевата нулева корекция при реалните процесни условия коригира и двете. Повторно нулирайте след всяка промяна на температурата на процеса, която влияе на уплътнителната течност, и проверете с ръчна помпа, ако инструментът го поддържа.

Защита на диафрагмата по време на строителство. Преди хидростатично изпитване или пускане в експлоатация, затворете диафрагмата със защитен капак. Диафрагмите са тънки по дизайн и едно единствено пръскане от заваряване или скок на налягането по време на изпитване на тръбопровода може да ги деформира постоянно.

Окабеляване и защита от пренапрежения. Използвайте екраниран кабел с усукана двойка за веригата 4-20 mA, заземете екрана в единия край и инсталирайте защита от пренапрежения, където кабелът минава на открито или близо до честотни инвертори.

Сравнение: Изравнен диафрагмен предавател срещу потопяема сонда срещу барботер срещу радар за кал и отпадни води

Изравненият мембранен сензор и потапящата сонда измерват хидростатичното налягане, но при утайки и шламове изравненият монтаж печели по устойчивост на запушване, защото измервателната повърхност е чиста. Радарът е най-силната безконтактна алтернатива, когато резервоарът има пяна, пари или смущения от бъркалка, които побеждават контактните сензори, въпреки че радарът се затруднява със стабилни слоеве пяна и изисква внимателен избор на антена. Преди да финализирате технологията, изпращането на данните за процеса на WELK за преглед е най-бързият начин за защитимо решение.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между изравнен мембранен трансмитер и обикновен трансмитер за налягане? Изравненият мембранен трансмитер има измервателен елемент, монтиран точно изравнен с лицето на процесната връзка, елиминирайки отвора за налягане, дюзата и импулсната линия на обикновения трансмитер. Това премахва мъртвото пространство, където утайки, шламове и вискозни среди могат да се утаят и запушат, за сметка на леко по-нисък максимален обхват и по-голяма процесна връзка.

Може ли изравнен мембранен трансмитер за ниво да измерва надеждно утайки и шламове? Да. Плоската мембрана не оставя нищо, върху което твърдите частици да се слепят или натрупат, така че утайки, шламове, пулпове и кристализиращи среди преминават над нея, без да блокират сигнала за налягане. Той е стандартният хидростатичен избор за измерване на ниво на утайки от отпадни води и промишлени шламове.

Каква точност мога да очаквам от изравнен мембранен трансмитер за ниво? Индустриалните версии обикновено постигат 0.25-0.5% от обхвата, като 0.5% FS е често срещано в широк температурен диапазон. Високоточните санитарни и търговски версии могат да достигнат 0.1-0.2% FS. Точността зависи от обхвата, температурната стабилност и правилния монтаж.

Подходящ ли е трансмитер с мембрана наравно с процеса за CIP/SIP почистване в хранителни предприятия? Санитарен трансмитер с мембрана наравно с процеса, с мембрана от 316L, полирана до Ra ≤ 0.4 μm и 3A скоба, е проектиран за цикли на почистване на място и стерилизация с пара до около 95 °C за CIP и кратки 130-140 °C парни екскурзии, без пукнатини, които да задържат остатъци.

Защо конвенционалният ми трансмитер за ниво постоянно се запушва с варова суспензия и какво трябва да използвам вместо него? Варовата и гипсовата суспензия кристализират и образуват коричка върху процесните отвори и импулсните линии. Замяната му с трансмитер с мембрана наравно с процеса, с мембрана от Hastelloy или PTFE, премахва джоба, където се образува кората, осигурявайки непрекъснато измерване на нивото без запушване.

Получете безплатна препоръка за трансмитер с мембрана наравно с процеса

Всяка суспензия, утайка и паста са различни, и трансмитер с мембрана наравно с процеса е надежден само когато материалът на мембраната, размерът на връзката, обхватът и вакуумният рейтинг съответстват на вашия процес. Изпратете на инженерите на WELK данните за вашата среда — плътност на суспензията, съдържание на твърди вещества по тегло, температура, налягане, размери на резервоара и дали резервоарът се изпразва с помпа — и получете безплатна препоръка за трансмитер с мембрана наравно с процеса, оразмерен за вашето приложение. Имейл sales@level-meters.com или използвайте формата за запитване на сайта, и включете вашите RFQ контролен списък данни, за да не бъде пропуснато нищо. Всички инструменти са произведени и тествани под налягане съгласно документирания контрол на качеството процедури преди експедиция, а прототипи и оценки на образци могат да бъдат организирани за квалификационни изпитвания.