Mätning av ureakoncentration i denitreringsprocesser
Strikta luftkvalitetsregler världen över kräver att industrianläggningar kontrollerar utsläppen av kväveoxid (NOx). Urea, ett säkert och stabilt ämne, används ofta i denitreringssystem för att minska NOx. Nyckeln är att balansera mängden urea som injiceras med NOx-nivåerna i rökgasen i realtid för att uppnå önskad NOx-reduktion utan problem.
UÖverdosering minskar inte NOx tillräckligt, vilket riskerar att föreskrifterna inte följs. Överdosering slösar bort reagens, ökar kostnaderna och orsakar "ammoniakslipp" – oreagerad ammoniak som släpps ut i atmosfären. Ammoniakslipp är kostsamt, miljöskadligt och kan bilda klibbiga salter som ammoniumbisulfat och ammoniumsulfat, vilket förorenar utrustning, minskar effektiviteten och orsakar skador.
Utmaningar med online ureaövervakning
Nedsmutsning, kristallisering och korrosion
Påväxtär ett ihållande problem, särskilt när hårt vatten används för att späda ut fast urea. Mineralerna i det hårda vattnet kan fällas ut ur lösningen, vilket leder till beläggning och igensättning av kritiska komponenter, inklusive injektionsmunstycken och sensorer. Detta fenomen kan orsaka felaktiga mätningar och kräva frekvent, kostsamt underhåll och rengöring, vilket avsevärt minskar systemets drifttid.
Kristallisationinträffar sannolikt vid låga avgastemperaturer (vanligtvis under 200−250 °C) och på ytor där urealösningen träffar rörväggarna och bildar en film. En tjockare film, ofta orsakad av en ökning av sprayvolymen eller droppstorleken, gör det svårare för ureamolekyler att avdunsta helt, vilket leder till kristallbildning. Denna process är en primär orsak till blockering av sensorer och munstycken.
Thefrätande naturUtsläppen av urealösningen i sig utgör ett betydande hot mot instrumenteringen. Syntesen av urea involverar bildandet av ammoniumkarbamat, en mycket korrosiv intermediär som snabbt kan bryta ner konventionella material, vilket leder till katastrofala utrustningsfel. Valet av instrumentmaterial måste därför vara en primär faktor, eftersom standardkomponenter kan bli obrukbara och kräva ständiga utbyten i denna aggressiva miljö.
Har du frågor om att optimera produktionsprocesser?
Inverkan av dynamiska processförhållanden på mätning
Vätskan i sig gör det svårt att mäta korrekt. Densiteten hos en vattenlösning är mycket känslig för både temperatur och tryck. Även små temperaturvariationer kan avsevärt påverka den uppmätta urekvävekoncentrationen. Avläsningarna kan avvika kraftigt och ge felaktiga data till styrsystemet utan korrekt temperaturkompensation. Denna variation belyser det kritiska behovet av en urekoncentrationssensor som inkluderar realtidstemperaturkompensation för att korrigera för dessa processfluktuationer.
På liknande sätt kan faktorer som flödeshastighet, viskositet och förekomsten av medföljande luftbubblor orsaka betydande mätinstabilitet och fel, vilket kräver en sensordesign som är robust och tillförlitlig under dynamiska driftsförhållanden.
Lonnmeter-lösningen: Ureakoncentrationsmätare
Arbetsprincip för ureakoncentrationssensor
En processureakoncentrationsmätare är en inline-sensor som används för kontinuerlig koncentrations- eller densitetsmätning av binära vätskor i rörledningar, tankar och andra kärl. En vibrerande stämgaffels resonansfrekvens ändras i direkt invers proportion till massan och densiteten hos den omgivande vätskan. Sensorn består av en U-formad gaffel som är elektroniskt driven att vibrera vid en exakt resonansfrekvens. När denna gaffel är nedsänkt i en vätska, ökar vätskans massa till gaffelns effektiva massa, vilket gör att dess vibrationsfrekvens minskar. Sensorns avancerade elektronik övervakar kontinuerligt denna frekvensförskjutning. Genom att korrelera denna frekvensförskjutning med en förprogrammerad kalibreringskurva kan instrumentet ge en noggrann och repeterbar mätning av vätskans densitet.
Den verkliga innovationen ligger i omvandlingen från en grundläggande densitetsavläsning till ett funktionellt koncentrationsvärde. Lonnmetern uppnår detta genom att integrera en högprecisionstemperatursensor direkt i sonden. Denna sensor tillhandahåller temperaturdata i realtid till den interna processorenheten, som sedan tillämpar en sofistikerad temperaturkompensationsalgoritm. Denna process korrigerar densitetsavläsningen tillbaka till en standardreferenstemperatur, vilket minimerar effekterna av processtemperaturfluktuationer. Detta korrigerade densitetsvärde omvandlas sedan till en specifik koncentration, såsom en viktprocent. Denna tvåstegsprocess – mätning av en fysikalisk egenskap (densitet) följt av en omvandling via en kalibreringskurva och temperaturkompensation – är nyckeln till att ge en noggrann och tillförlitlig ureakoncentrationsmätning.
Den inneboende designen hos stämgaffelsensorn ger en betydande fördel i den krävande denitreringsmiljön. Utan små öppningar, smala kanaler eller ömtåliga membran är sensorn naturligt motståndskraftig mot nedsmutsning och kristallisering som plågar andra tekniker. Dess robusta, öppna struktur gör att vätska kan flöda fritt runt de vibrerande pinnarna, vilket minimerar risken för att mineralavlagringar eller ureakristaller ansamlas och äventyrar mätningen.
Läs mer om fler densitetsmätare
Konstruerad för denitreringsmiljön
Lonnmeter har konstruerat sina sensorer med materialvetenskap i åtanke, med hänsyn till de extrema förhållandena i en denitreringsanläggning. Instrumentets primära vätskeberörda komponenter är tillverkade av robusta material som rostfritt stål 316, vilket ger en hög grad av motståndskraft mot kemisk korrosion, särskilt från mycket aggressiva ämnen som ammoniumkarbamat. Korrosionsbeständiga material förlänger livslängden för koncentrationsmätinstrumentet, förlänger underhållsintervallen och minskar oplanerade driftstopp.
Den integrerade temperatursensorn och sofistikerade algoritmer kompenserar för temperaturvariationer, vilket säkerställer en stabil och tillförlitlig avläsning oavsett fluktuationer i processvätskan.
Sömlös integration och anslutning
Lonnmeterns 4–20 mA strömslingutgång integreras enkelt med PLC- eller DCS-system eftersom:
- Enkel kabeldragning:Som en tvåtrådssändare använder den ett par ledningar för både kraft- och signalöverföring, vilket minskar komplexiteten.
- Tillförlitlig signal:4–20 mA-signalen är immun mot spänningsfall över långa avstånd och motståndskraftig mot elektriskt brus och elektromagnetisk störning.
- Linjär skalning:För ett koncentrationsområde på 0–100 % motsvarar 4 mA 0 % och 20 mA 100 %, vilket möjliggör enkel skalning i styrsystemet.
- Säker och stabil:Korrekt jordning av sensorhöljet säkerställer signalnoggrannhet och elektrisk säkerhet, vilket förbättrar kompatibiliteten med industriella system.
Optimala placeringar och praktiska fördelar
Effektiv implementering av en ureakoncentrationssensor handlar om mer än bara noggrann mätning; det handlar om strategisk placering för att maximera driftsnyttan.
Urealösningens berednings- och lagringsfas
Den första och mest logiska punkten för sensorplacering är i början av denitreringsprocessen: urealösningens beredning och lagringstankarna. En sensor som installeras i detta skede ger ett avgörande första försvar för kvalitetskontroll, och verifierar att den beredda lösningen har rätt koncentration innan den ens skickas till doseringssystemet. Denna proaktiva mätning kan omedelbart upptäcka fel från felaktig manuell utspädning, variationer i fast urea-råvara eller användning av förorenat vatten, vilket förhindrar att dessa problem sprids nedströms och äventyrar hela processen. Övervakning av koncentrationen i lagringstanken ger också ett värdefullt verktyg för lagerhantering, vilket säkerställer en konsekvent och snabb leverans av korrekt formulerat reagens.
Övervakning av injektions- och doseringslinjerna
För att möjliggöra verkligt sluten reglering bör en ureakoncentrationsmätare installeras i högtrycksinjektions- eller doseringsledningen precis före injektionsmunstyckena. Denna placering ger den mest direkta och exakta mätningen av reagensen som kommer in i systemet i realtid. Dessa realtidsdata är den grundläggande indatan för avancerade styrstrategier som kontinuerligt justerar injektionshastigheten baserat på uppmätta NOx-nivåer i rökgasen, katalysatortemperatur och andra driftsparametrar.
Medan vissa styrsystem härleder problem från tryckfluktuationer i doseringsledningen, ger en direkt, kontinuerlig koncentrationsmätning en mer robust och tillförlitlig signal. Den kan proaktivt upptäcka pumpfel, partiella blockeringar eller en över-/underdoseringssituation, vilket möjliggör en snabb, automatiserad respons innan systemets NOx-reduktionsprestanda äventyras. Denna metod flyttar anläggningen från en reaktiv underhållsmodell till en proaktiv, prediktiv.
Korrelationen med ammoniakglidning
Värdet av ureakoncentrationssensorn sträcker sig långt bortom en enda datapunkt. Genom att tillhandahålla en stabil och tillförlitlig dataström gör sensorn det möjligt för styrsystemet att exakt hantera reagensinjektionshastigheten, vilket säkerställer att det optimala stökiometriska förhållandet bibehålls. Denna precision är direkt korrelerad med minimering av ammoniakavlagringar. En överdoseringshändelse kan förhindras i realtid, vilket minskar både reagensspill och miljöpåverkan från oreagerad ammoniakutsläpp.
Värde för kunderna
- Förbättrad NOx-reduktion och regelefterlevnad;
- Minskning av reagensförbrukning och driftskostnader
- Maximera drifttiden och minimera underhållsbördan
