Medición de la concentración de urea en procesos de desnitrificación
Las estrictas normativas mundiales sobre calidad del aire exigen que las instalaciones industriales controlen las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx). La urea, una sustancia segura y estable, se utiliza habitualmente en sistemas de desnitrificación para reducir los NOx. La clave reside en equilibrar la cantidad de urea inyectada con los niveles de NOx en tiempo real en los gases de combustión para lograr la reducción de NOx deseada sin problemas.
ULa dosificación insuficiente no reduce los NOx lo suficiente, lo que conlleva el riesgo de incumplir la normativa. La sobredosificación desperdicia reactivo, aumenta los costos y provoca el escape de amoníaco (amoníaco sin reaccionar que se libera a la atmósfera). El escape de amoníaco es costoso, perjudicial para el medio ambiente y puede formar sales pegajosas como el bisulfato de amonio y el sulfato de amonio, que contaminan los equipos, reducen la eficiencia y causan daños.
Desafíos del monitoreo de urea en línea
Ensuciamiento, cristalización y corrosión
AbordajeEs un problema persistente, especialmente cuando se utiliza agua dura para diluir la urea sólida. Los minerales del agua dura pueden precipitarse y separarse de la solución, lo que provoca incrustaciones y obstrucciones en componentes críticos, como las boquillas de inyección y los sensores. Este fenómeno puede causar mediciones inexactas y requerir mantenimiento y limpieza frecuentes y costosos, lo que reduce significativamente el tiempo de funcionamiento del sistema.
CristalizaciónEs probable que se produzca a bajas temperaturas de escape (normalmente inferiores a 200-250 °C) y en superficies donde la solución de urea impacta las paredes de la tubería, formando una película. Una película más gruesa, a menudo causada por un aumento del volumen de pulverización o del tamaño de las gotas, dificulta la evaporación completa de las moléculas de urea, lo que provoca la formación de cristales. Este proceso es una de las principales causas de obstrucción de sensores y boquillas.
Thenaturaleza corrosivaLa propia solución de urea representa una amenaza significativa para la instrumentación. La síntesis de urea implica la formación de carbamato de amonio, un intermediario altamente corrosivo que puede degradar rápidamente los materiales convencionales, provocando fallos catastróficos en los equipos. Por lo tanto, la selección de los materiales de instrumentación debe ser una consideración primordial, ya que los componentes estándar pueden quedar inoperativos y requerir un reemplazo constante en este entorno agresivo.
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Influencia de las condiciones dinámicas del proceso en la medición
Las propiedades físicas del propio fluido introducen complejidades para una medición precisa. La densidad de una solución acuosa es muy sensible tanto a la temperatura como a la presión. Incluso pequeñas variaciones de temperatura pueden influir significativamente en la concentración de nitrógeno ureico medida. Las lecturas pueden variar considerablemente y proporcionar datos inexactos al sistema de control sin una compensación de temperatura adecuada. Esta variabilidad resalta la necesidad crítica de un sensor de concentración de urea que incorpore compensación de temperatura en tiempo real para corregir estas fluctuaciones del proceso.
De manera similar, factores como la velocidad del flujo, la viscosidad y la presencia de burbujas de aire arrastradas pueden introducir una inestabilidad y errores de medición significativos, lo que exige un diseño de sensor que sea inherentemente robusto y confiable en condiciones operativas dinámicas.
La solución Lonnmeter: medidor de concentración de urea
Principio de funcionamiento del sensor de concentración de urea
El medidor de concentración de urea en proceso es un sensor en línea que se utiliza para la medición continua de la concentración o densidad de líquidos binarios en tuberías, tanques y otros recipientes. La frecuencia de resonancia de un diapasón vibratorio varía en proporción inversa directa a la masa y densidad del fluido que lo rodea. El sensor consiste en un diapasón en forma de U, accionado electrónicamente para vibrar a una frecuencia de resonancia precisa. Al sumergir el diapasón en un fluido, la masa del fluido se suma a su masa efectiva, lo que disminuye su frecuencia de vibración. La electrónica avanzada del sensor monitoriza continuamente este cambio de frecuencia. Al correlacionar este cambio de frecuencia con una curva de calibración preprogramada, el instrumento proporciona una medición precisa y repetible de la densidad del fluido.
La verdadera innovación reside en la transformación de una lectura básica de densidad a un valor de concentración funcional. El Lonnmeter logra esto integrando un sensor de temperatura de alta precisión directamente en la sonda. Este sensor proporciona datos de temperatura en tiempo real a la unidad de procesamiento interna, que aplica un sofisticado algoritmo de compensación de temperatura. Este proceso corrige la lectura de densidad a una temperatura de referencia estándar, minimizando los efectos de las fluctuaciones de temperatura del proceso. Este valor de densidad corregido se convierte posteriormente en una concentración específica, como un porcentaje en peso. Este proceso de dos pasos —la medición de una propiedad física (densidad) seguida de una transformación mediante una curva de calibración y compensación de temperatura— es clave para proporcionar una medición precisa y fiable de la concentración de urea.
El diseño inherente del sensor de diapasón ofrece una gran ventaja en el exigente entorno de desnitrificación. Sin orificios pequeños, canales estrechos ni diafragmas delicados, el sensor es naturalmente resistente a la suciedad y la cristalización que afectan a otras tecnologías. Su estructura robusta y abierta permite que el fluido fluya libremente alrededor de las púas vibratorias, minimizando la posibilidad de que se acumulen depósitos minerales o cristales de urea que comprometan la medición.
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Diseñado para el entorno de desnitrificación
Consciente de las condiciones extremas de una planta de desnitrificación, Lonnmeter ha diseñado sus sensores con la ciencia de los materiales como prioridad. Los componentes principales del instrumento están fabricados con materiales robustos como el acero inoxidable 316, lo que proporciona una alta resistencia a la corrosión química, especialmente a sustancias altamente agresivas como el carbamato de amonio. Los materiales resistentes a la corrosión prolongan la vida útil del instrumento de medición de concentración, los intervalos de mantenimiento y reducen las paradas no programadas.
El sensor de temperatura integrado y los sofisticados algoritmos compensan las variaciones de temperatura, garantizando una lectura estable y confiable independientemente de las fluctuaciones en el fluido del proceso.
Integración y conectividad perfectas
La salida de bucle de corriente de 4-20 mA del Lonnmeter se integra fácilmente con sistemas PLC o DCS porque:
- Cableado simple:Como transmisor de dos cables, utiliza un par de cables para la transmisión de energía y señal, lo que reduce la complejidad.
- Señal confiable:La señal de 4-20 mA es inmune a caídas de tensión en largas distancias y resistente al ruido eléctrico y a la interferencia electromagnética.
- Escala lineal:Para un rango de concentración de 0 a 100 %, 4 mA corresponde al 0 % y 20 mA al 100 %, lo que permite un escalamiento sencillo en el sistema de control.
- Seguro y estable:La conexión a tierra adecuada de la carcasa del sensor garantiza la precisión de la señal y la seguridad eléctrica, mejorando la compatibilidad con los sistemas industriales.
Colocaciones óptimas y ventajas prácticas
La implementación efectiva de un sensor de concentración de urea implica más que solo una medición precisa; se trata de una ubicación estratégica para maximizar el beneficio operativo.
La etapa de preparación y almacenamiento de la solución de urea
El primer punto, y el más lógico, para la implementación de sensores es al inicio del proceso de desnitrificación: los tanques de preparación y almacenamiento de la solución de urea. Un sensor instalado en esta etapa proporciona una defensa crucial de primera línea para el control de calidad, verificando que la solución preparada tenga la concentración correcta incluso antes de enviarla al sistema de dosificación. Esta medición proactiva puede detectar inmediatamente errores derivados de una dilución manual incorrecta, variaciones en la materia prima de urea sólida o el uso de agua contaminada, evitando que estos problemas se propaguen aguas abajo y comprometan todo el proceso. Monitorear la concentración en el tanque de almacenamiento también proporciona una valiosa herramienta de gestión de inventario, garantizando un suministro constante y rápido de reactivo correctamente formulado.
Monitoreo de las líneas de inyección y dosificación
Para lograr un verdadero control de lazo cerrado, se debe instalar un medidor de concentración de urea en la línea de inyección o dosificación de alta presión, justo antes de las boquillas de inyección. Esta ubicación proporciona la medición más directa y precisa del reactivo que entra al sistema en tiempo real. Estos datos en tiempo real son la base para estrategias de control avanzadas que ajustan continuamente la tasa de inyección en función de los niveles medidos de NOx en los gases de combustión, la temperatura del catalizador y otros parámetros operativos.
Mientras que algunos sistemas de control infieren problemas a partir de las fluctuaciones de presión en la línea de dosificación, una medición directa y continua de la concentración proporciona una señal más robusta y fiable. Puede detectar proactivamente fallos en las bombas, obstrucciones parciales o una dosificación excesiva o insuficiente, lo que permite una respuesta rápida y automatizada antes de que se vea comprometida la capacidad de reducción de NOx del sistema. Este enfoque transforma la planta de un modelo de mantenimiento reactivo a uno proactivo y predictivo.
La correlación con el deslizamiento de amoníaco
El valor del sensor de concentración de urea va mucho más allá de un único punto de datos. Al proporcionar un flujo de datos estable y fiable, el sensor permite al sistema de control gestionar con precisión la velocidad de inyección del reactivo, garantizando así el mantenimiento de la relación estequiométrica óptima. Esta precisión está directamente relacionada con la minimización del deslizamiento de amoníaco. Se puede prevenir una sobredosificación en tiempo real, reduciendo así tanto el desperdicio de reactivo como el impacto ambiental de las emisiones de amoníaco sin reaccionar.
Valor para los clientes
- Reducción mejorada de NOx y cumplimiento normativo;
- Reducción del consumo de reactivos y de los costes operativos
- Maximizar el tiempo de actividad y minimizar las cargas de mantenimiento
