Mesure de la concentration d'urée dans les procédés de dénitrification
Les réglementations strictes en matière de qualité de l'air à l'échelle mondiale imposent aux installations industrielles de contrôler leurs émissions d'oxydes d'azote (NOx). L'urée, substance sûre et stable, est couramment utilisée dans les systèmes de dénitrification pour réduire les NOx. L'enjeu principal réside dans le dosage précis de l'urée injectée, adapté aux concentrations de NOx en temps réel dans les gaz de combustion, afin d'obtenir la réduction de NOx souhaitée sans incident.
UUn sous-dosage ne permet pas de réduire suffisamment les NOx, ce qui risque d'entraîner une non-conformité à la réglementation. Un surdosage gaspille le réactif, augmente les coûts et provoque des fuites d'ammoniac (ammoniac non réagi s'échappant dans l'atmosphère). Ces fuites sont coûteuses, nocives pour l'environnement et peuvent former des sels collants comme le bisulfate d'ammonium et le sulfate d'ammonium, qui encrassent les équipements, réduisent leur efficacité et causent des dommages.
Défis liés à la surveillance en ligne de l'urée
Encrassement, cristallisation et corrosion
EncrassementIl s'agit d'un problème récurrent, notamment lors de l'utilisation d'eau dure pour diluer l'urée solide. Les minéraux présents dans l'eau dure peuvent précipiter, entraînant l'entartrage et l'obstruction de composants essentiels, tels que les buses d'injection et les capteurs. Ce phénomène peut engendrer des mesures inexactes et nécessiter des opérations de maintenance et de nettoyage fréquentes et coûteuses, réduisant ainsi considérablement la disponibilité du système.
CristallisationCe phénomène est susceptible de se produire à basse température des gaz d'échappement (généralement inférieure à 200-250 °C) et sur les surfaces où la solution d'urée entre en contact avec les parois du tuyau, formant un film. Un film plus épais, souvent dû à une augmentation du volume de pulvérisation ou de la taille des gouttelettes, entrave l'évaporation complète des molécules d'urée, ce qui favorise la cristallisation. Ce processus est une cause majeure d'obstruction des capteurs et des buses.
Thenature corrosiveLa solution d'urée elle-même représente une menace importante pour l'instrumentation. La synthèse de l'urée implique la formation de carbamate d'ammonium, un intermédiaire hautement corrosif capable de dégrader rapidement les matériaux conventionnels, entraînant une défaillance catastrophique des équipements. Le choix des matériaux d'instrumentation doit donc être une priorité, car les composants standard peuvent devenir inopérants et nécessitent un remplacement constant dans cet environnement agressif.
Vous avez des questions sur l'optimisation des processus de production ?
Influence des conditions dynamiques du processus sur la mesure
Les propriétés physiques du fluide complexifient la mesure précise. La densité d'une solution aqueuse est très sensible à la température et à la pression. Même de faibles variations de température peuvent influencer significativement la concentration d'azote uréique mesurée. Sans compensation de température adéquate, les mesures peuvent dériver considérablement et fournir des données inexactes au système de contrôle. Cette variabilité souligne l'importance cruciale d'un capteur de concentration d'urée intégrant une compensation de température en temps réel pour corriger ces fluctuations.
De même, des facteurs tels que la vitesse d'écoulement, la viscosité et la présence de bulles d'air entraînées peuvent introduire une instabilité et des erreurs de mesure importantes, exigeant une conception de capteur intrinsèquement robuste et fiable dans des conditions de fonctionnement dynamiques.
La solution Lonnmeter : mesureur de concentration d'urée
Principe de fonctionnement du capteur de concentration d'urée
Le capteur de concentration d'urée en continu est un capteur intégré utilisé pour la mesure en continu de la concentration ou de la densité de liquides binaires dans les canalisations, les réservoirs et autres cuves. La fréquence de résonance d'un diapason vibrant est inversement proportionnelle à la masse et à la densité du fluide environnant. Le capteur est constitué d'un diapason en forme de U, mis en vibration électroniquement à une fréquence de résonance précise. Lorsqu'il est immergé dans un fluide, la masse de ce dernier s'ajoute à la masse effective du diapason, ce qui entraîne une diminution de sa fréquence de vibration. L'électronique embarquée du capteur surveille en permanence cette variation de fréquence. En corrélant cette variation avec une courbe d'étalonnage préprogrammée, l'instrument fournit une mesure précise et reproductible de la densité du fluide.
La véritable innovation réside dans la transformation d'une simple mesure de densité en une valeur de concentration fonctionnelle. Le Lonnmeter y parvient grâce à l'intégration d'un capteur de température de haute précision directement dans la sonde. Ce capteur fournit des données de température en temps réel à l'unité de traitement interne, qui applique ensuite un algorithme sophistiqué de compensation de température. Ce processus corrige la mesure de densité pour la ramener à une température de référence standard, minimisant ainsi les effets des fluctuations de température liées au processus. Cette valeur de densité corrigée est ensuite convertie en une concentration spécifique, par exemple un pourcentage massique. Ce processus en deux étapes – mesure d'une propriété physique (la densité) suivie d'une transformation via une courbe d'étalonnage et une compensation de température – est essentiel pour obtenir une mesure précise et fiable de la concentration d'urée.
La conception intrinsèque du capteur à diapason offre un avantage considérable dans les environnements difficiles de dénitrification. Dépourvu de petits orifices, de canaux étroits et de membranes fragiles, ce capteur résiste naturellement à l'encrassement et à la cristallisation qui affectent d'autres technologies. Sa structure robuste et ouverte permet au fluide de circuler librement autour des branches vibrantes, minimisant ainsi le risque d'accumulation de dépôts minéraux ou de cristaux d'urée susceptibles de perturber la mesure.
Découvrez plus d'informations sur les densimètres
Conçu pour l'environnement de dénitrification
Conscient de l'importance des conditions extrêmes rencontrées dans une usine de dénitrification, Lonnmeter a conçu ses capteurs en s'appuyant sur les dernières avancées en matière de science des matériaux. Les principaux composants en contact avec le fluide sont fabriqués à partir de matériaux robustes tels que l'acier inoxydable 316, offrant une excellente résistance à la corrosion chimique, notamment aux substances très agressives comme le carbamate d'ammonium. L'utilisation de matériaux résistants à la corrosion prolonge la durée de vie de l'instrument de mesure de concentration, espace les interventions de maintenance et réduit les temps d'arrêt imprévus.
Le capteur de température intégré et les algorithmes sophistiqués compensent les variations de température, assurant une lecture stable et fiable quelles que soient les fluctuations du fluide de traitement.
Intégration et connectivité transparentes
La sortie de boucle de courant 4-20 mA du Lonnmeter s'intègre facilement aux systèmes PLC ou DCS car :
- Câblage simple :En tant qu'émetteur à deux fils, il utilise une seule paire de fils pour la transmission de l'alimentation et du signal, ce qui réduit la complexité.
- Signal fiable :Le signal 4-20 mA est insensible aux chutes de tension sur de longues distances et résistant au bruit électrique et aux interférences électromagnétiques.
- Mise à l'échelle linéaire :Pour une plage de concentration de 0 à 100 %, 4 mA correspondent à 0 % et 20 mA à 100 %, permettant une mise à l'échelle simple dans le système de contrôle.
- Sûr et stable :Une mise à la terre correcte du boîtier du capteur garantit la précision du signal et la sécurité électrique, améliorant ainsi la compatibilité avec les systèmes industriels.
Emplacements optimaux et avantages pratiques
La mise en œuvre efficace d'un capteur de concentration d'urée ne se limite pas à une mesure précise ; il s'agit également d'un placement stratégique pour maximiser les avantages opérationnels.
Étape de préparation et de stockage de la solution d'urée
Le premier point d'installation logique d'un capteur se situe au début du processus de dénitrification : les cuves de préparation et de stockage de la solution d'urée. Un capteur installé à ce stade constitue une première ligne de défense essentielle pour le contrôle qualité, vérifiant que la solution préparée est à la concentration adéquate avant même son envoi au système de dosage. Cette mesure proactive permet de détecter immédiatement les erreurs dues à une dilution manuelle incorrecte, à des variations dans la quantité d'urée solide ou à l'utilisation d'eau contaminée, empêchant ainsi la propagation de ces problèmes en aval et la détérioration de l'ensemble du processus. Le contrôle de la concentration dans la cuve de stockage constitue également un outil précieux de gestion des stocks, garantissant un approvisionnement constant et disponible en réactif correctement formulé.
Surveillance des lignes d'injection et de dosage
Pour permettre une véritable régulation en boucle fermée, un capteur de concentration d'urée doit être installé sur la ligne d'injection ou de dosage haute pression, juste avant les buses d'injection. Ce positionnement offre la mesure la plus directe et la plus précise du réactif entrant dans le système, en temps réel. Ces données en direct constituent la base des stratégies de régulation avancées qui ajustent en continu le débit d'injection en fonction des niveaux de NOx mesurés dans les gaz de combustion, de la température du catalyseur et d'autres paramètres de fonctionnement.
Alors que certains systèmes de contrôle déduisent les problèmes des fluctuations de pression dans la ligne de dosage, une mesure directe et continue de la concentration fournit un signal plus robuste et fiable. Elle permet de détecter proactivement les pannes de pompe, les obstructions partielles ou les situations de surdosage/sous-dosage, autorisant une réponse rapide et automatisée avant que les performances de réduction des NOx du système ne soient compromises. Cette approche fait passer l'installation d'un modèle de maintenance réactive à un modèle proactif et prédictif.
Corrélation avec le glissement d'ammoniac
L'intérêt du capteur de concentration d'urée dépasse largement le cadre d'une simple mesure. En fournissant un flux de données stable et fiable, il permet au système de contrôle de gérer avec précision le débit d'injection du réactif, garantissant ainsi le maintien du rapport stœchiométrique optimal. Cette précision est directement liée à la minimisation des fuites d'ammoniac. Un surdosage peut être évité en temps réel, réduisant ainsi le gaspillage de réactif et l'impact environnemental des émissions d'ammoniac non réagi.
Valeur pour les clients
- Réduction accrue des NOx et conformité réglementaire ;
- Réduction de la consommation de réactifs et des coûts opérationnels
- Optimisation du temps de fonctionnement et réduction des coûts de maintenance
