W przemyśle petrochemicznym, gdzie środowiska produkcyjne charakteryzują się toksycznością, zagrożeniami, łatwopalnością i wybuchowością, zapewnienie bezpieczeństwa pracy ma ogromne znaczenie. Dziedzina automatyki ponosi znaczną odpowiedzialność zarówno za bezpieczeństwo produkcji, jak i ochronę środowiska. W 2019 roku krajowe APS (Zaawansowany system sterowania procesami) Opublikowano wymagania techniczne, ustanawiające rygorystyczne normy dotyczące stosowania technologii automatyki. Jako kluczowy element systemów automatyki, technologia oprzyrządowania procesowego odgrywa zasadniczą rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa produkcji i stabilności pracy. Jednak problemy związane ze starszymi czujnikami poziomu stosowanymi w produkcji poliolefin stanowią potencjalne zagrożenie dla bezpiecznej i niezawodnej pracy.
I. Charakterystyka techniczna certyfikowanych przyrządów procesowych
| Numer seryjny | Parametry techniczne | Konkretne treści |
|---|---|---|
| 1 | Dokładny pomiar w każdych warunkach pracy | Podstawa w pełni automatycznej i nieprzerwanej ochrony oraz regulacji, umożliwiająca dokładne pomiary w każdych warunkach pracy w konkretnych sytuacjach. |
| 2 | Nie wymaga konserwacji | Ogranicza wymagania konserwacyjne, zapobiega awariom układów sterowania oraz zmniejsza koszty konserwacji i potencjalne zagrożenia dla bezpieczeństwa osobistego. |
| 3 | Dobra kompatybilność elektromagnetyczna | Zapewnia bezpieczeństwo. |
| 4 | Niskie zużycie energii | Zapewnia długą żywotność części elektronicznej przyrządu i zwiększa częstotliwość odświeżania danych. |
| 5 | Projekt konstrukcyjny elementów stałych | Eliminuje zakłócenia spowodowane takimi czynnikami jak stan ośrodka, co zwiększa niezawodność. |
| 6 | Jakość pomiarów i kontroli spełniająca wymagania procesowe obowiązujące na miejscu | Spełnia wymagania jakościowe dotyczące procesów produkcyjnych na miejscu w zakresie pomiarów i sterowania. |
| 7 | Gwarancja na materiały i solidna konstrukcja | Zapewnia niezawodność działania przyrządu. |
| 8 | Technologia pomiarowa i regulacyjna o szerokim zakresie zastosowań | Można go stosować w różnych warunkach pracy i środowiskach. |
| 10 | Stosunkowo energooszczędny sposób montażu (montaż z pełną izolacją termiczną) | Zmniejsza zużycie energii. |
II. Analiza niedoskonałości technicznych tradycyjnych technologii pomiarowych na poziomie materiałowym w instalacjach do produkcji poliolefin
(1) Produkty oparte na technologii radarowej (radar z falą kierowaną)—KACISE
- Zasada pomiaru: Działa w oparciu o zasadę emisji liniowej.
- Niedociągnięcia techniczne: Ścieżka pomiarowa jest podatna na zakłócenia spowodowane parą, osadzaniem się materiału i kondensacją. W zastosowaniach wysokociśnieniowych różnice w współczynnikach rozszerzalności cieplnej między metalami a izolatorami prowadzą do problemów z uszczelnieniem. Wycieki przewodzące mogą naruszyć izolację, uniemożliwiając działanie przyrządu. Ograniczenia te uniemożliwiają wykonywanie dokładnych pomiarów w pełnych warunkach eksploatacyjnych w zakładach produkcji petrochemicznej, co jest podstawową przyczyną ograniczonego stosowania tej technologii w branży.
(2) Produkty wykorzystujące technologię typu wyporowego (pływającego)—KOBOLD
- Zasada pomiaru: Mierzy poziom cieczy na podstawie zmian wyporności pływaka.
- Niedociągnięcia techniczne: Zawiera ruchome elementy, które mają skłonność do zacinania się z powodu tworzenia się skorupy, krystalizacji lub innych czynników związanych z materiałem. Na dokładność pomiarów wpływają wahania gęstości medium, a nakład pracy związany z konserwacją jest duży. Technologia ta nie spełnia kilku kryteriów dotyczących kwalifikowanych przyrządów procesowych i jest uznawana za przestarzałą oraz wymagającą pilnego wycofania.
(3) Produkty wykorzystujące technologię magnetostrykcyjną—ABB
- Zasada pomiaru: Wykorzystuje efekt magnetostrykcyjny do pomiaru poziomu.
- Niedociągnięcia techniczne: Posiada wszystkie wady technologii opartych na ruchomych elementach, a ponadto charakteryzuje się wysokim zużyciem energii, podatnością na uszkodzenia oraz sfałszowanymi certyfikatami przeciwwybuchowości (sondy są pod napięciem i przewodzą duży prąd, co stanowi naruszenie norm certyfikacji przeciwwybuchowej; konstrukcja obwodów wewnętrznych również nie spełnia wymagań dotyczących bezpieczeństwa wewnętrznego). Kwestie te stanowią poważne naruszenie norm dotyczących kwalifikowanych przyrządów procesowych.
(4) Produkty wykorzystujące technologię różnicy ciśnień
- Zasada pomiaru: Mierzy poziom poprzez wykrywanie odkształcenia membrany tensometrycznej.
- Niedociągnięcia techniczne: Na ich działanie wpływają takie czynniki, jak ciśnienie próżniowe, osadzanie się medium oraz zatkanie otworów próbkowania. Urządzenia te wymagają częstej kalibracji i konserwacji. Coraz częściej zastępuje się je specjalistycznymi przyrządami do pomiaru poziomu opartymi na innych technologiach.
(5) Produkty oparte na technologii jądrowej (wykorzystującej promieniowanie)
- Zasada pomiaru: Wykorzystuje promieniowanie emitowane przez materiały radioaktywne do pomiaru poziomu materiału.
- Niedociągnięcia techniczne: Wysokie koszty, potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego oraz wrażliwość na wahania stężenia gazu i rozpad źródła promieniotwórczego. Chociaż technologia ta pozwala na realizację złożonych scenariuszy pomiarowych, uzasadnione jest poszukiwanie bezpieczniejszych i bardziej praktycznych alternatyw.
(6) Technologie przełączników elektronicznych typu pręta wibracyjnego, łopatki obrotowej i kamertonu
- Zasada pomiaru: Wykrywa poziom cieczy lub materiału na podstawie drgań lub zablokowania elementu czujnikowego.
- Niedociągnięcia techniczne: Produkty te charakteryzują się wysokim zużyciem energii, podatnością na zacinanie się lub zużycie oraz wysokimi wymaganiami konserwacyjnymi.
(7) Produkty wykorzystujące technologię admitancji RF—AMETEK
- Zasada pomiaru: Wykrywa poziom na podstawie admitancji częstotliwości radiowej.
- Niedociągnięcia techniczne: Częste fałszywe alarmy i awarie; odchylenie pomiarowe jest znaczne przy wahaniach temperatury (zazwyczaj około 7 pF w całym zakresie temperatur). Konstrukcja sondy jest podatna na odkształcenia i nie wytrzymuje uderzeń o materiały. Na rynku dostępna jest szeroka gama produktów o zróżnicowanej jakości, a niektóre z nich nie spełniają norm kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Odchylenie spowodowane temperaturą może powodować błędy pomiarowe, prowadzić do zwiększonych nakładów na konserwację, a nawet stwarzać ryzyko obrażeń ciała.
III. Podsumowanie
| Techniczny typ produktu | Wady techniczne |
|---|---|
| Radar (radar z falą kierowaną) | Podatność na liczne zakłócenia; problemy z uszczelnieniem pod wysokim ciśnieniem uniemożliwiają normalne użytkowanie. |
| Typ bębna pływakowego | Ma skłonność do zacinania się; na jego działanie wpływają zmiany gęstości ośrodka; wymaga intensywnej konserwacji. |
| Typ magnetostrykcyjny | Wysokie zużycie energii; podatność na uszkodzenia; sfałszowane certyfikaty przeciwwybuchowości. |
| Typ różnicy ciśnień | Wpływa na to wiele czynników; wymaga intensywnej kalibracji i konserwacji. |
| Rodzaj promieniowania | Drogie; szkodliwe dla organizmu ludzkiego; na które wpływ ma wiele czynników. |
| Pręt wibracyjny, opór obrotowy, typ kamertonu | Wysokie zużycie energii; podatny na zacięcia i uszkodzenia; wymaga intensywnej konserwacji. |
| Typ opornościowej radiowej | Odmowa działania lub nieprawidłowe działanie; problemy z konstrukcją sondy; niespełnienie wymagań dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej; wymaga intensywnej konserwacji. |
Podsumowując, starsze czujniki poziomu stosowane w produkcji poliolefin charakteryzują się licznymi wadami i trudno jest im spełnić wymagania techniczne stawiane certyfikowanym przyrządom procesowym. Konieczne jest jak najszybsze podjęcie działań naprawczych oraz poszukiwanie bardziej niezawodnych i zaawansowanych technologii pomiarowych w celu zapewnienia bezpieczeństwa i stabilności produkcji petrochemicznej.
