מדידת ריכוז אוריאה בתהליכי דניטרציה
תקנות איכות אוויר מחמירות ברחבי העולם מחייבות מתקנים תעשייתיים לשלוט בפליטות תחמוצות חנקן (NOx). אוריאה, חומר בטוח ויציב, משמש בדרך כלל במערכות דניטרציה להפחתת NOx. המפתח הוא איזון בין כמות האוריאה המוזרקת לבין רמות ה-NOx בזמן אמת בגז הפליטה כדי להשיג את הפחתת ה-NOx הרצויה ללא בעיות.
Uמינון יתר אינו מפחית מספיק את פליטות החנקן החנקן, מה שמסכן אי עמידה בתקנות. מינון יתר מבזבז ריאגנט, מעלה עלויות וגורם ל"החלקת אמוניה" - אמוניה שלא הגיבה החוצה לאטמוספרה. החלקת אמוניה היא יקרה, מזיקה לסביבה ויכולה ליצור מלחים דביקים כמו אמוניום ביסולפט ואמוניום סולפט, אשר מזהמים ציוד, מפחיתים את היעילות וגורמים נזק.
אתגרים של ניטור אוריאה מקוון
עכירות, התגבשות וקורוזיה
עֲכִירוּתזוהי בעיה מתמשכת, במיוחד כאשר משתמשים במים קשים לדילול חומר גלם מוצק של אוריאה. המינרלים במים הקשים יכולים לשקוע מהתמיסה, מה שמוביל להצטברות אבנית ולסתימה של רכיבים קריטיים, כולל חרירי הזרקה וחיישנים. תופעה זו עלולה לגרום למדידות לא מדויקות ולחייב תחזוקה וניקוי תכופים ויקרים, מה שמפחית משמעותית את זמן הפעילות של המערכת.
הִתגַבְּשׁוּתסביר להניח שתתרחש בטמפרטורות פליטה נמוכות (בדרך כלל מתחת ל-200-250 מעלות צלזיוס) ועל משטחים שבהם תמיסת האוריאה פוגעת בדפנות הצינור ויוצרת שכבה. שכבה עבה יותר, הנגרמת לעתים קרובות מעלייה בנפח הריסוס או בגודל הטיפות, מקשה על מולקולות האוריאה להתאדות לחלוטין, מה שמוביל להיווצרות גבישים. תהליך זה הוא גורם עיקרי לחסימת חיישן ונחיר.
Theאופי קורוזיבישל תמיסת האוריאה עצמה מהווה איום משמעותי על המכשור. סינתזת האוריאה כרוכה ביצירת אמוניום קרבמט, חומר ביניים קורוזיבי ביותר שיכול לפרק במהירות חומרים קונבנציונליים, מה שמוביל לכשל קטסטרופלי בציוד. לכן, בחירת חומרי המכשור חייבת להיות שיקול עיקרי, שכן רכיבים סטנדרטיים עלולים להפוך ללא פעילים ולדרוש החלפה מתמדת בסביבה אגרסיבית זו.
יש לכם שאלות לגבי אופטימיזציה של תהליכי ייצור?
השפעת תנאי תהליך דינמיים על מדידה
תכונות פיזיקליות של הנוזל עצמו מצריכות מורכבויות למדידה מדויקת. צפיפותה של תמיסה מימית רגישה מאוד הן לטמפרטורה והן ללחץ. אפילו שינויים קלים בטמפרטורה יכולים להשפיע באופן משמעותי על ריכוז חנקן האוריאה הנמדד. הקריאות עשויות לסטות באופן משמעותי ולספק נתונים לא מדויקים למערכת הבקרה ללא פיצוי טמפרטורה נאות. שונות זו מדגישה את הצורך הקריטי בחיישן ריכוז אוריאה המשלב פיצוי טמפרטורה בזמן אמת כדי לתקן את תנודות התהליך הללו.
באופן דומה, גורמים כמו מהירות זרימה, צמיגות ונוכחות של בועות אוויר כלואות יכולים לגרום לחוסר יציבות ושגיאות משמעותיות במדידה, מה שמחייב תכנון חיישן שהוא מטבעו חזק ואמין בתנאי תפעול דינמיים.
פתרון Lonnmeter: מד ריכוז אוריאה
עקרון העבודה של חיישן ריכוז אוריאה
מד ריכוז אוריאה בתהליך הוא חיישן מובנה המשמש למדידת ריכוז או צפיפות רציפה של נוזלים בינאריים בצינורות, טנקים וכלי קיבול אחרים. תדר התהודה של מזלג כוונון רוטט משתנה ביחס הפוך ישר למסה ולצפיפות הנוזל הסובב אותו. החיישן מורכב מזלג בצורת U המונע אלקטרונית לרטוט בתדר תהודה מדויק. כאשר מזלג זה טובל בנוזל, מסת הנוזל מתווספת למסה האפקטיבית של המזלג, וגורם לתדר הרטט שלו לרדת. האלקטרוניקה המתקדמת של החיישן מנטרת באופן רציף את שינוי התדר הזה. על ידי מתאם שינוי התדר הזה עם עקומת כיול מתוכנתת מראש, המכשיר יכול לספק מדידה מדויקת וחוזרת על עצמה של צפיפות הנוזל.
החידוש האמיתי טמון במעבר מקריאת צפיפות בסיסית לערך ריכוז פונקציונלי. ה-Lonnmeter משיג זאת על ידי שילוב חיישן טמפרטורה מדויק ישירות לתוך הגשוש. חיישן זה מספק נתוני טמפרטורה בזמן אמת ליחידת העיבוד הפנימית, אשר לאחר מכן מיישמת אלגוריתם פיצוי טמפרטורה מתוחכם. תהליך זה מתקן את קריאת הצפיפות בחזרה לטמפרטורת ייחוס סטנדרטית, וממזער את ההשפעות של תנודות טמפרטורת התהליך. ערך צפיפות מתוקן זה מומר לאחר מכן לריכוז ספציפי, כגון אחוז לפי משקל. תהליך דו-שלבי זה - מדידה של מאפיין פיזיקלי (צפיפות) ולאחר מכן מעבר באמצעות עקומת כיול ופיצוי טמפרטורה - הוא המפתח למדידת ריכוז אוריאה מדויקת ואמינה.
העיצוב הטבוע של חיישן מזלג הכוונון מספק יתרון משמעותי בסביבת דניטציה מאתגרת. ללא פתחים קטנים, תעלות צרות או דיאפרגמות עדינות, החיישן עמיד באופן טבעי בפני לכלוך והתגבשות שפוגעים בטכנולוגיות אחרות. המבנה הפתוח והחזק שלו מאפשר לנוזל לזרום בחופשיות סביב השיניים הרוטטות, ובכך למזער את הסיכוי להצטברות משקעי מינרלים או גבישי אוריאה ולפגוע במדידה.
למידע נוסף על מדי צפיפות
הונדס עבור סביבת דניטרציה
מתוך הכרה בתנאים הקיצוניים של מפעל דניטרציה, Lonnmeter תכננה את החיישנים שלה תוך התחשבות במדע החומרים. הרכיבים הרטובים העיקריים של המכשיר עשויים מחומרים חזקים כמו פלדת אל-חלד 316, המספקים רמה גבוהה של עמידות בפני קורוזיה כימית, במיוחד מחומרים אגרסיביים ביותר כמו אמוניום קרבמט. חומרים עמידים בפני קורוזיה מאריכים את תוחלת החיים של מכשיר מדידת הריכוז, מרווחי תחזוקה ומפחיתים את זמני ההשבתה הלא מתוכננים.
חיישן הטמפרטורה המשולב והאלגוריתמים המתוחכמים מפצים על שינויי טמפרטורה, ומבטיחים קריאה יציבה ואמינה ללא קשר לתנודות בנוזל התהליך.
אינטגרציה וקישוריות חלקים
פלט לולאת הזרם 4-20mA של ה-Lonnmeter משתלב בקלות עם מערכות PLC או DCS מכיוון ש:
- חיווט פשוט:כמשדר דו-גיטי, הוא משתמש בזוג חוטים אחד הן להעברת חשמל והן להעברת אותות, מה שמפחית את המורכבות.
- אות אמין:אות 4-20mA חסין בפני ירידות מתח למרחקים ארוכים ועמיד בפני רעש חשמלי והפרעות אלקטרומגנטיות.
- קנה מידה ליניארי:עבור טווח ריכוזים של 0-100%, 4mA מתאים ל-0% ו-20mA ל-100%, מה שמאפשר קנה מידה פשוט במערכת הבקרה.
- בטוח ויציב:הארקה נכונה של מעטפת החיישן מבטיחה דיוק אות ובטיחות חשמלית, ומשפרת את התאימות עם מערכות תעשייתיות.
מיקומים אופטימליים ויתרונות מעשיים
יישום יעיל של חיישן ריכוז אוריאה הוא יותר מסתם מדידה מדויקת; מדובר במיקום אסטרטגי כדי למקסם את התועלת התפעולית.
שלב הכנת תמיסת האוריאה ואחסוןה
הנקודה הראשונה וההגיונית ביותר לפריסת חיישן היא בתחילת תהליך הדניטרציה: הכנת תמיסת האוריאה ומיכלי האחסון. חיישן המותקן בשלב זה מספק הגנה קו ראשון חיונית לבקרת איכות, ומאמת שהתמיסה המוכנה נמצאת בריכוז הנכון עוד לפני שהיא נשלחת למערכת המינון. מדידה פרואקטיבית זו יכולה לזהות באופן מיידי שגיאות הנובעות מדילול ידני שגוי, שינויים בחומר הגלם המוצק של האוריאה, או שימוש במים מזוהמים, ובכך למנוע מהבעיות הללו להתפשט במורד הזרם ולסכן את התהליך כולו. ניטור הריכוז במיכל האחסון מספק גם כלי ניהול מלאי בעל ערך, המבטיח אספקה עקבית ומוכנה של ריאגנט מנוסח כהלכה.
ניטור קווי ההזרקה והמינון
כדי לאפשר בקרה אמיתית בלולאה סגורה, יש להתקין מד ריכוז אוריאה בקו ההזרקה או המינון בלחץ גבוה ממש לפני פיות ההזרקה. מיקום זה מספק את המדידה הישירה והמדויקת ביותר של הריאגנט הנכנס למערכת בזמן אמת. נתונים בזמן אמת אלה הם הקלט הבסיסי לאסטרטגיות בקרה מתקדמות אשר מתאימות באופן רציף את קצב ההזרקה על סמך רמות NOx שנמדדו בגזי פליטה, טמפרטורת הזרז ופרמטרי הפעלה אחרים.
בעוד שחלק ממערכות הבקרה מסיקות בעיות מתנודות לחץ בקו המינון, מדידת ריכוז ישירה ורציפה מספקת אות חזק ואמין יותר. היא יכולה לזהות באופן יזום תקלות במשאבה, חסימות חלקיות או מצב של מינון יתר/חסר, מה שמאפשר תגובה מהירה ואוטומטית לפני שביצועי הפחתת ה-NOx של המערכת נפגעים. גישה זו מעבירה את המפעל מודל תחזוקה תגובתי למודל פרואקטיבי וחזוי.
המתאם עם החלקת אמוניה
הערך של חיישן ריכוז האוריאה משתרע הרבה מעבר לנקודת נתונים אחת. על ידי אספקת זרם נתונים יציב ואמין, החיישן מאפשר למערכת הבקרה לנהל במדויק את קצב הזרקת הריאגנט, תוך הבטחת שמירה על יחס סטוכיומטרי אופטימלי. דיוק זה קשור ישירות למזעור פליטת האמוניה. ניתן למנוע אירוע מינון יתר בזמן אמת, ובכך להפחית הן בזבוז ריאגנט והן את ההשפעה הסביבתית של פליטות אמוניה שלא הגיבו.
ערך ללקוחות
- הפחתה משופרת של NOx ועמידה בתקנות;
- הפחתה בצריכת ריאגנטים ובעלויות תפעול
- מקסום זמן פעולה ומזעור עומסי תחזוקה