Medição da concentração de ureia em processos de desnitrificação
Regulamentações rigorosas de qualidade do ar em todo o mundo exigem que instalações industriais controlem as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx). A ureia, uma substância segura e estável, é comumente usada em sistemas de desnitrificação para reduzir o NOx. O segredo é equilibrar a quantidade de ureia injetada com os níveis de NOx em tempo real nos gases de combustão para atingir a redução desejada de NOx sem problemas.
UA subdosagem não reduz o NOx o suficiente, aumentando o risco de descumprimento das normas. A sobredosagem desperdiça reagente, aumenta os custos e causa "vazamento de amônia" — a liberação de amônia não reagida na atmosfera. O vazamento de amônia é dispendioso, prejudicial ao meio ambiente e pode formar sais viscosos, como o bissulfato de amônio e o sulfato de amônio, que incrustam os equipamentos, reduzem a eficiência e causam danos.
Desafios do monitoramento online da ureia
Incrustação, cristalização e corrosão
SujeiraÉ um problema persistente, principalmente quando se utiliza água dura para diluir a ureia sólida. Os minerais presentes na água dura podem precipitar da solução, causando incrustações e obstrução de componentes críticos, como bicos de injeção e sensores. Esse fenômeno pode resultar em medições imprecisas e exigir manutenção e limpeza frequentes e dispendiosas, reduzindo significativamente o tempo de atividade do sistema.
CristalizaçãoA formação de cristais é provável de ocorrer em baixas temperaturas de exaustão (normalmente abaixo de 200-250 °C) e em superfícies onde a solução de ureia impacta as paredes do tubo, formando uma película. Uma película mais espessa, frequentemente causada por um aumento no volume de pulverização ou no tamanho das gotas, dificulta a evaporação completa das moléculas de ureia, levando à formação de cristais. Esse processo é uma das principais causas de obstrução de sensores e bicos injetores.
Thenatureza corrosivaA própria solução de ureia representa uma ameaça significativa para os instrumentos. A síntese da ureia envolve a formação de carbamato de amônio, um intermediário altamente corrosivo que pode degradar rapidamente materiais convencionais, levando a falhas catastróficas nos equipamentos. A seleção dos materiais de instrumentação deve, portanto, ser uma consideração primordial, visto que componentes padrão podem se tornar inoperantes e exigir substituição constante nesse ambiente agressivo.
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Influência das condições dinâmicas do processo na medição
As propriedades físicas do próprio fluido introduzem complexidades para medições precisas. A densidade de uma solução aquosa é altamente sensível à temperatura e à pressão. Mesmo pequenas variações de temperatura podem influenciar significativamente a concentração de nitrogênio da ureia medida. As leituras podem apresentar grandes oscilações e fornecer dados imprecisos ao sistema de controle sem a devida compensação de temperatura. Essa variabilidade destaca a necessidade crítica de um sensor de concentração de ureia que incorpore compensação de temperatura em tempo real para corrigir essas flutuações do processo.
Da mesma forma, fatores como velocidade do fluxo, viscosidade e a presença de bolhas de ar arrastadas podem introduzir instabilidade e erros de medição significativos, exigindo um projeto de sensor que seja inerentemente robusto e confiável em condições operacionais dinâmicas.
A solução Lonnmeter: Medidor de concentração de ureia
Princípio de funcionamento do sensor de concentração de ureia
O medidor de concentração de ureia em processo é um sensor em linha aplicado à medição contínua da concentração ou densidade de líquidos binários em tubulações, tanques e outros recipientes. A frequência de ressonância de um diapasão vibratório varia em proporção inversa direta à massa e à densidade do fluido circundante. O sensor consiste em um diapasão em forma de U que é acionado eletronicamente para vibrar em uma frequência de ressonância precisa. Quando este diapasão é imerso em um fluido, a massa do fluido se soma à massa efetiva do diapasão, fazendo com que sua frequência de vibração diminua. Os circuitos eletrônicos avançados do sensor monitoram continuamente essa variação de frequência. Ao correlacionar essa variação de frequência com uma curva de calibração pré-programada, o instrumento pode fornecer uma medição precisa e repetível da densidade do fluido.
A verdadeira inovação reside na transformação de uma leitura básica de densidade em um valor de concentração funcional. O Lonnmeter consegue isso integrando um sensor de temperatura de alta precisão diretamente na sonda. Esse sensor fornece dados de temperatura em tempo real para a unidade de processamento interna, que então aplica um sofisticado algoritmo de compensação de temperatura. Esse processo corrige a leitura de densidade para uma temperatura de referência padrão, minimizando os efeitos das flutuações de temperatura do processo. Esse valor de densidade corrigido é então convertido em uma concentração específica, como uma porcentagem em peso. Esse processo em duas etapas — medição de uma propriedade física (densidade) seguida por uma transformação por meio de uma curva de calibração e compensação de temperatura — é a chave para fornecer uma medição precisa e confiável da concentração de ureia.
O design inerente do sensor de diapasão proporciona uma grande vantagem no desafiador ambiente da desnitrificação. Sem pequenos orifícios, canais estreitos ou diafragmas delicados, o sensor é naturalmente resistente à incrustação e à cristalização que afetam outras tecnologias. Sua estrutura robusta e aberta permite que o fluido flua livremente ao redor dos dentes vibratórios, minimizando a possibilidade de acúmulo de depósitos minerais ou cristais de ureia que comprometam a medição.
Projetado para o ambiente de desnitrificação
Reconhecendo as condições extremas de uma planta de desnitrificação, a Lonnmeter projetou seus sensores com base na ciência dos materiais. Os principais componentes em contato com o fluido são construídos com materiais robustos, como o aço inoxidável 316, proporcionando alta resistência à corrosão química, especialmente por substâncias altamente agressivas como o carbamato de amônio. Materiais resistentes à corrosão prolongam a vida útil do instrumento de medição de concentração, reduzem os intervalos de manutenção e diminuem o tempo de inatividade não programado.
O sensor de temperatura integrado e os algoritmos sofisticados compensam as variações de temperatura, garantindo uma leitura estável e confiável, independentemente das flutuações no fluido do processo.
Integração e conectividade perfeitas
A saída de corrente de 4-20mA do Lonnmeter integra-se facilmente com sistemas PLC ou DCS porque:
- Fiação simples:Por ser um transmissor de dois fios, ele utiliza um único par de fios tanto para alimentação quanto para transmissão de sinal, reduzindo a complexidade.
- Sinal confiável:O sinal de 4-20mA é imune a quedas de tensão em longas distâncias e resistente a ruídos elétricos e interferências eletromagnéticas.
- Escala linear:Para uma faixa de concentração de 0 a 100%, 4 mA correspondem a 0% e 20 mA a 100%, permitindo um escalonamento direto no sistema de controle.
- Seguro e estável:O aterramento adequado da carcaça do sensor garante a precisão do sinal e a segurança elétrica, aumentando a compatibilidade com sistemas industriais.
Posicionamento ideal e vantagens práticas
A implementação eficaz de um sensor de concentração de ureia vai além da simples medição precisa; trata-se de um posicionamento estratégico para maximizar o benefício operacional.
Etapa de preparação e armazenamento da solução de ureia
O primeiro e mais lógico ponto para a implantação de sensores é no início do processo de desnitrificação: nos tanques de preparação e armazenamento da solução de ureia. Um sensor instalado nessa etapa fornece uma importante primeira linha de defesa para o controle de qualidade, verificando se a solução preparada está na concentração correta antes mesmo de ser enviada ao sistema de dosagem. Essa medição proativa pode detectar imediatamente erros decorrentes de diluição manual incorreta, variações na matéria-prima de ureia sólida ou o uso de água contaminada, impedindo que esses problemas se propaguem para etapas posteriores e comprometam todo o processo. O monitoramento da concentração no tanque de armazenamento também fornece uma valiosa ferramenta de gerenciamento de estoque, garantindo um fornecimento consistente e imediato do reagente formulado corretamente.
Monitoramento das linhas de injeção e dosagem
Para permitir um controle em circuito fechado verdadeiro, um medidor de concentração de ureia deve ser instalado na linha de injeção ou dosagem de alta pressão, imediatamente antes dos bicos de injeção. Essa localização proporciona a medição mais direta e precisa do reagente que entra no sistema em tempo real. Esses dados em tempo real são a base para estratégias de controle avançadas que ajustam continuamente a taxa de injeção com base nos níveis de NOx dos gases de combustão, na temperatura do catalisador e em outros parâmetros operacionais.
Embora alguns sistemas de controle infiram problemas a partir de flutuações de pressão na linha de dosagem, uma medição direta e contínua da concentração fornece um sinal mais robusto e confiável. Ela pode detectar proativamente falhas na bomba, bloqueios parciais ou situações de sobredosagem/subdosagem, permitindo uma resposta rápida e automatizada antes que o desempenho de redução de NOx do sistema seja comprometido. Essa abordagem transforma a planta de um modelo de manutenção reativa para um modelo proativo e preditivo.
Correlação com o Escape de Amônia
O valor do sensor de concentração de ureia vai muito além de um único ponto de dados. Ao fornecer um fluxo de dados estável e confiável, o sensor permite que o sistema de controle gerencie com precisão a taxa de injeção do reagente, garantindo a manutenção da proporção estequiométrica ideal. Essa precisão está diretamente relacionada à minimização do escape de amônia. Um evento de sobredosagem pode ser evitado em tempo real, reduzindo tanto o desperdício de reagente quanto o impacto ambiental das emissões de amônia não reagida.
Valor para os clientes
- Redução aprimorada de NOx e conformidade regulatória;
- Redução no consumo de reagentes e nos custos operacionais
- Maximizando o tempo de atividade e minimizando os custos de manutenção.
