Misurazione della concentrazione di urea nei processi di denitrazione
Le severe normative sulla qualità dell'aria in tutto il mondo impongono agli impianti industriali di controllare le emissioni di ossido di azoto (NOx). L'urea, una sostanza sicura e stabile, è comunemente utilizzata nei sistemi di denitrazione per ridurre gli NOx. La chiave è bilanciare la quantità di urea iniettata con i livelli di NOx in tempo reale nei gas di combustione per ottenere la riduzione di NOx desiderata senza problemi.
UUn dosaggio insufficiente non riduce sufficientemente gli NOx, rischiando di non rispettare le normative. Un dosaggio eccessivo spreca reagenti, aumenta i costi e causa la fuoriuscita di ammoniaca nell'atmosfera. La fuoriuscita di ammoniaca è costosa, dannosa per l'ambiente e può formare sali appiccicosi come il bisolfato di ammonio e il solfato di ammonio, che sporcano le apparecchiature, ne riducono l'efficienza e causano danni.
Sfide del monitoraggio dell'urea online
Incrostazioni, cristallizzazione e corrosione
Incrostazioniè un problema persistente, in particolare quando si utilizza acqua dura per diluire la materia prima solida di urea. I minerali presenti nell'acqua dura possono precipitare dalla soluzione, causando incrostazioni e intasamenti di componenti critici, inclusi ugelli di iniezione e sensori. Questo fenomeno può causare misurazioni imprecise e richiedere frequenti e costose operazioni di manutenzione e pulizia, riducendo significativamente i tempi di attività del sistema.
CristallizzazioneÈ probabile che si verifichi a basse temperature di scarico (tipicamente inferiori a 200-250 °C) e sulle superfici in cui la soluzione di urea colpisce le pareti dei tubi, formando una pellicola. Una pellicola più spessa, spesso causata da un aumento del volume di spruzzo o delle dimensioni delle goccioline, rende più difficile l'evaporazione completa delle molecole di urea, portando alla formazione di cristalli. Questo processo è una delle principali cause di ostruzione di sensori e ugelli.
Thenatura corrosivaLa soluzione di urea stessa rappresenta una minaccia significativa per la strumentazione. La sintesi dell'urea comporta la formazione di carbammato di ammonio, un intermedio altamente corrosivo che può degradare rapidamente i materiali convenzionali, portando a guasti catastrofici delle apparecchiature. La selezione dei materiali per la strumentazione deve quindi essere una considerazione primaria, poiché i componenti standard possono essere resi inoperativi e richiedere una sostituzione costante in questo ambiente aggressivo.
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Influenza delle condizioni di processo dinamico sulla misurazione
Le proprietà fisiche del fluido stesso introducono complessità per una misurazione accurata. La densità di una soluzione acquosa è altamente sensibile sia alla temperatura che alla pressione. Anche lievi variazioni di temperatura possono influenzare significativamente la concentrazione di azoto ureico misurata. Le letture possono variare notevolmente e fornire dati imprecisi al sistema di controllo senza un'adeguata compensazione della temperatura. Questa variabilità evidenzia la necessità critica di un sensore di concentrazione di urea che integri la compensazione della temperatura in tempo reale per correggere queste fluttuazioni di processo.
Allo stesso modo, fattori quali la velocità del flusso, la viscosità e la presenza di bolle d'aria intrappolate possono causare significativi errori e instabilità di misurazione, richiedendo un design del sensore intrinsecamente robusto e affidabile in condizioni operative dinamiche.
La soluzione Lonnmeter: misuratore di concentrazione di urea
Principio di funzionamento del sensore di concentrazione dell'urea
Il misuratore di concentrazione di urea in-process è un sensore in linea applicato alla misurazione continua della concentrazione o della densità di liquidi binari in condotte, serbatoi e altri recipienti. La frequenza di risonanza di un diapason vibrante varia in modo direttamente inversamente proporzionale alla massa e alla densità del fluido circostante. Il sensore è costituito da una forcella a forma di U azionata elettronicamente per vibrare a una precisa frequenza di risonanza. Quando questa forcella viene immersa in un fluido, la massa del fluido si aggiunge alla massa effettiva della forcella, causando una diminuzione della sua frequenza di vibrazione. L'elettronica avanzata del sensore monitora costantemente questa variazione di frequenza. Correlando questa variazione di frequenza con una curva di calibrazione pre-programmata, lo strumento può fornire una misurazione accurata e ripetibile della densità del fluido.
La vera innovazione risiede nella trasformazione da una lettura di densità di base a un valore di concentrazione funzionale. Il Lonnmeter raggiunge questo obiettivo integrando un sensore di temperatura ad alta precisione direttamente nella sonda. Questo sensore fornisce dati di temperatura in tempo reale all'unità di elaborazione interna, che applica quindi un sofisticato algoritmo di compensazione della temperatura. Questo processo corregge la lettura della densità riportandola a una temperatura di riferimento standard, riducendo al minimo gli effetti delle fluttuazioni della temperatura di processo. Questo valore di densità corretto viene quindi convertito in una concentrazione specifica, ad esempio una percentuale in peso. Questo processo in due fasi – misurazione di una proprietà fisica (densità) seguita da una trasformazione tramite una curva di calibrazione e compensazione della temperatura – è la chiave per fornire una misurazione accurata e affidabile della concentrazione di urea.
Il design intrinseco del sensore a diapason offre un notevole vantaggio nell'ambiente impegnativo della denitrazione. Senza piccoli orifizi, canali stretti o diaframmi delicati, il sensore è naturalmente resistente alle incrostazioni e alla cristallizzazione che affliggono altre tecnologie. La sua struttura robusta e aperta consente al fluido di fluire liberamente attorno ai rebbi vibranti, riducendo al minimo la possibilità che depositi minerali o cristalli di urea si accumulino e compromettano la misurazione.
Scopri di più sui misuratori di densità
Progettato per l'ambiente di denitrazione
Riconoscendo le condizioni estreme di un impianto di denitrazione, Lonnmeter ha progettato i suoi sensori con la scienza dei materiali all'avanguardia. I principali componenti bagnati dello strumento sono realizzati con materiali robusti come l'acciaio inossidabile 316, che offrono un elevato grado di resistenza alla corrosione chimica, in particolare da sostanze altamente aggressive come il carbammato di ammonio. I materiali resistenti alla corrosione prolungano la durata utile dello strumento di misura della concentrazione, gli intervalli di manutenzione e riducono i tempi di fermo non programmati.
Il sensore di temperatura integrato e gli algoritmi sofisticati compensano le variazioni di temperatura, garantendo una lettura stabile e affidabile indipendentemente dalle fluttuazioni del fluido di processo.
Integrazione e connettività senza soluzione di continuità
L'uscita del loop di corrente 4-20 mA del Lonnmeter si integra facilmente con i sistemi PLC o DCS perché:
- Cablaggio semplice:Essendo un trasmettitore a due fili, utilizza una sola coppia di fili sia per l'alimentazione che per la trasmissione del segnale, riducendo così la complessità.
- Segnale affidabile:Il segnale 4-20 mA è immune alle cadute di tensione su lunghe distanze e resistente ai rumori elettrici e alle interferenze elettromagnetiche.
- Scala lineare:Per un intervallo di concentrazione compreso tra 0 e 100%, 4 mA corrispondono allo 0% e 20 mA al 100%, consentendo una scalabilità semplice nel sistema di controllo.
- Sicuro e stabile:Una corretta messa a terra dell'involucro del sensore garantisce la precisione del segnale e la sicurezza elettrica, migliorando la compatibilità con i sistemi industriali.
Posizionamenti ottimali e vantaggi pratici
L'implementazione efficace di un sensore di concentrazione dell'urea non riguarda solo la misurazione accurata, ma anche il posizionamento strategico per massimizzare i vantaggi operativi.
Fase di preparazione e conservazione della soluzione di urea
Il primo e più logico punto per l'installazione dei sensori è all'inizio del processo di denitrazione: nei serbatoi di preparazione e stoccaggio della soluzione di urea. Un sensore installato in questa fase fornisce una difesa di prima linea cruciale per il controllo qualità, verificando che la soluzione preparata sia alla corretta concentrazione prima ancora di essere inviata al sistema di dosaggio. Questa misurazione proattiva può rilevare immediatamente errori dovuti a una diluizione manuale errata, variazioni nella materia prima solida di urea o all'uso di acqua contaminata, impedendo a questi problemi di propagarsi a valle e compromettere l'intero processo. Il monitoraggio della concentrazione nel serbatoio di stoccaggio fornisce anche un prezioso strumento di gestione delle scorte, garantendo una fornitura costante e pronta di reagente correttamente formulato.
Monitoraggio delle linee di iniezione e dosaggio
Per consentire un vero controllo a circuito chiuso, è necessario installare un misuratore di concentrazione di urea nella linea di iniezione o dosaggio ad alta pressione, appena prima degli ugelli di iniezione. Questa posizione fornisce la misurazione più diretta e accurata del reagente che entra nel sistema in tempo reale. Questi dati in tempo reale costituiscono l'input fondamentale per strategie di controllo avanzate che regolano continuamente la portata di iniezione in base ai livelli di NOx misurati nei gas di combustione, alla temperatura del catalizzatore e ad altri parametri operativi.
Mentre alcuni sistemi di controllo deducono i problemi dalle fluttuazioni di pressione nella linea di dosaggio, una misurazione diretta e continua della concentrazione fornisce un segnale più robusto e affidabile. Può rilevare in modo proattivo guasti alla pompa, ostruzioni parziali o situazioni di sovradosaggio/sottodosaggio, consentendo una risposta rapida e automatizzata prima che le prestazioni di riduzione degli NOx del sistema vengano compromesse. Questo approccio sposta l'impianto da un modello di manutenzione reattiva a uno proattivo e predittivo.
La correlazione con lo slittamento dell'ammoniaca
Il valore del sensore di concentrazione dell'urea va ben oltre un singolo punto dati. Fornendo un flusso di dati stabile e affidabile, il sensore consente al sistema di controllo di gestire con precisione la velocità di iniezione del reagente, garantendo il mantenimento del rapporto stechiometrico ottimale. Questa precisione è direttamente correlata alla riduzione al minimo dello slittamento dell'ammoniaca. Un sovradosaggio può essere prevenuto in tempo reale, riducendo sia lo spreco di reagente sia l'impatto ambientale delle emissioni di ammoniaca non reagita.
Valore per i clienti
- Riduzione avanzata degli NOx e conformità normativa;
- Riduzione del consumo di reagenti e dei costi operativi
- Massimizzazione dei tempi di attività e riduzione al minimo degli oneri di manutenzione
