Đo nồng độ urê trong quá trình khử nitrat
Các quy định nghiêm ngặt về chất lượng không khí trên toàn thế giới yêu cầu các cơ sở công nghiệp phải kiểm soát lượng khí thải oxit nitơ (NOx). Urê, một chất an toàn và ổn định, thường được sử dụng trong các hệ thống khử nitơ để giảm NOx. Mấu chốt là cân bằng lượng urê được bơm vào với nồng độ NOx thực tế trong khí thải để đạt được mức giảm NOx mong muốn mà không gây ra sự cố.
USử dụng liều lượng thấp hơn mức cần thiết không đủ để giảm lượng NOx, dẫn đến nguy cơ không tuân thủ các quy định. Sử dụng liều lượng cao hơn mức cần thiết sẽ lãng phí thuốc thử, làm tăng chi phí và gây ra hiện tượng "rò rỉ amoniac" - amoniac chưa phản ứng thoát ra khí quyển. Rò rỉ amoniac gây tốn kém, có hại cho môi trường và có thể tạo thành các muối dính như amoni bicunfat và amoni sunfat, làm tắc nghẽn thiết bị, giảm hiệu suất và gây hư hỏng.
Những thách thức trong giám sát urê trực tuyến
Sự đóng cặn, kết tinh và ăn mòn
Sự phạm lỗiĐây là một vấn đề dai dẳng, đặc biệt khi sử dụng nước cứng để pha loãng nguyên liệu urê rắn. Các khoáng chất trong nước cứng có thể kết tủa khỏi dung dịch, dẫn đến đóng cặn và tắc nghẽn các bộ phận quan trọng, bao gồm cả vòi phun và cảm biến. Hiện tượng này có thể gây ra các phép đo không chính xác và đòi hỏi bảo trì và vệ sinh thường xuyên, tốn kém, làm giảm đáng kể thời gian hoạt động của hệ thống.
Kết tinhHiện tượng này thường xảy ra ở nhiệt độ khí thải thấp (thường dưới 200–250°C) và trên các bề mặt nơi dung dịch urê tiếp xúc với thành ống, tạo thành một lớp màng. Lớp màng dày hơn, thường do thể tích phun hoặc kích thước giọt tăng lên, khiến các phân tử urê khó bay hơi hoàn toàn, dẫn đến sự hình thành tinh thể. Quá trình này là nguyên nhân chính gây tắc nghẽn cảm biến và vòi phun.
Thetính chất ăn mònBản thân dung dịch urê tiềm ẩn mối đe dọa đáng kể đối với thiết bị đo. Quá trình tổng hợp urê liên quan đến sự hình thành amoni cacbamat, một chất trung gian có tính ăn mòn cao, có thể nhanh chóng làm suy giảm các vật liệu thông thường, dẫn đến hỏng hóc thiết bị nghiêm trọng. Do đó, việc lựa chọn vật liệu thiết bị đo phải được xem xét hàng đầu, vì các bộ phận tiêu chuẩn có thể bị hỏng và cần được thay thế liên tục trong môi trường khắc nghiệt này.
Bạn có thắc mắc về việc tối ưu hóa quy trình sản xuất?
Ảnh hưởng của các điều kiện quá trình động đến phép đo
Các tính chất vật lý của chính chất lỏng gây ra sự phức tạp cho việc đo lường chính xác. Mật độ của dung dịch nước rất nhạy cảm với cả nhiệt độ và áp suất. Ngay cả những thay đổi nhỏ về nhiệt độ cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến nồng độ nitơ urê đo được. Các kết quả đo có thể dao động mạnh và cung cấp dữ liệu không chính xác cho hệ thống điều khiển nếu không có sự bù nhiệt độ thích hợp. Sự biến động này nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết về một cảm biến nồng độ urê tích hợp chức năng bù nhiệt độ theo thời gian thực để hiệu chỉnh những biến động trong quá trình này.
Tương tự, các yếu tố như vận tốc dòng chảy, độ nhớt và sự hiện diện của bọt khí có thể gây ra sự không ổn định và sai số đáng kể trong phép đo, đòi hỏi thiết kế cảm biến phải có tính ổn định và độ tin cậy cao trong điều kiện hoạt động động.
Giải pháp Lonnmeter: Máy đo nồng độ urê
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nồng độ urê
Máy đo nồng độ urê trong quá trình sản xuất là một cảm biến lắp đặt trực tuyến được sử dụng để đo liên tục nồng độ hoặc mật độ của chất lỏng nhị phân trong đường ống, bể chứa và các vật chứa khác. Tần số cộng hưởng của một âm thoa rung thay đổi tỷ lệ nghịch với khối lượng và mật độ của chất lỏng xung quanh nó. Cảm biến bao gồm một âm thoa hình chữ U được điều khiển điện tử để rung ở một tần số cộng hưởng chính xác. Khi âm thoa này được nhúng vào chất lỏng, khối lượng của chất lỏng sẽ cộng thêm vào khối lượng hiệu dụng của âm thoa, làm cho tần số rung của nó giảm xuống. Hệ thống điện tử tiên tiến của cảm biến liên tục theo dõi sự thay đổi tần số này. Bằng cách đối chiếu sự thay đổi tần số này với đường cong hiệu chuẩn được lập trình sẵn, thiết bị có thể cung cấp phép đo mật độ chất lỏng chính xác và có thể lặp lại.
Sự đổi mới thực sự nằm ở việc chuyển đổi từ phép đo mật độ cơ bản sang giá trị nồng độ chức năng. Máy đo Lonnmeter đạt được điều này bằng cách tích hợp cảm biến nhiệt độ độ chính xác cao trực tiếp vào đầu dò. Cảm biến này cung cấp dữ liệu nhiệt độ theo thời gian thực cho bộ xử lý bên trong, sau đó bộ xử lý sẽ áp dụng thuật toán bù nhiệt độ phức tạp. Quá trình này hiệu chỉnh phép đo mật độ trở lại nhiệt độ tham chiếu tiêu chuẩn, giảm thiểu ảnh hưởng của sự dao động nhiệt độ trong quá trình. Giá trị mật độ đã hiệu chỉnh này sau đó được chuyển đổi thành nồng độ cụ thể, chẳng hạn như phần trăm theo trọng lượng. Quy trình hai bước này—đo đặc tính vật lý (mật độ) tiếp theo là chuyển đổi thông qua đường cong hiệu chuẩn và bù nhiệt độ—là chìa khóa để cung cấp phép đo nồng độ urê chính xác và đáng tin cậy.
Thiết kế vốn có của cảm biến âm thoa mang lại lợi thế vượt trội trong môi trường khử nitrat đầy thách thức. Không có các lỗ nhỏ, kênh hẹp hay màng ngăn mỏng manh, cảm biến này tự nhiên có khả năng chống lại sự bám bẩn và kết tinh thường gặp ở các công nghệ khác. Cấu trúc mở, chắc chắn của nó cho phép chất lỏng lưu thông tự do xung quanh các nhánh rung, giảm thiểu khả năng tích tụ cặn khoáng hoặc tinh thể urê và làm ảnh hưởng đến phép đo.
Tìm hiểu thêm về các loại máy đo mật độ
Được thiết kế cho môi trường khử nitrat.
Nhận thức được điều kiện khắc nghiệt của nhà máy khử nitrat, Lonnmeter đã thiết kế các cảm biến của mình với khoa học vật liệu là yếu tố hàng đầu. Các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng của thiết bị được chế tạo từ các vật liệu bền chắc như thép không gỉ 316, mang lại khả năng chống ăn mòn hóa học cao, đặc biệt là từ các chất có tính ăn mòn mạnh như amoni cacbamat. Vật liệu chống ăn mòn giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị đo nồng độ, rút ngắn khoảng thời gian bảo trì và giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch.
Cảm biến nhiệt độ tích hợp và các thuật toán tiên tiến bù trừ cho sự thay đổi nhiệt độ, đảm bảo kết quả đo ổn định và đáng tin cậy bất kể sự dao động của chất lỏng trong quá trình.
Tích hợp và kết nối liền mạch
Ngõ ra dòng điện vòng lặp 4-20mA của Lonnmeter dễ dàng tích hợp với các hệ thống PLC hoặc DCS vì:
- Sơ đồ đấu dây đơn giản:Là một bộ phát hai dây, nó sử dụng một cặp dây cho cả việc cấp nguồn và truyền tín hiệu, giúp giảm độ phức tạp.
- Tín hiệu đáng tin cậy:Tín hiệu 4-20mA không bị ảnh hưởng bởi sự sụt giảm điện áp trên khoảng cách xa và có khả năng chống nhiễu điện từ và nhiễu sóng điện từ.
- Tỷ lệ tuyến tính:Đối với dải nồng độ từ 0-100%, 4mA tương ứng với 0% và 20mA với 100%, cho phép dễ dàng điều chỉnh tỷ lệ trong hệ thống điều khiển.
- An toàn và ổn định:Việc nối đất đúng cách cho vỏ cảm biến đảm bảo độ chính xác của tín hiệu và an toàn điện, tăng cường khả năng tương thích với các hệ thống công nghiệp.
Vị trí tối ưu và những lợi thế thiết thực
Việc triển khai hiệu quả cảm biến nồng độ urê không chỉ đơn thuần là đo lường chính xác; mà còn là việc bố trí chiến lược để tối đa hóa lợi ích vận hành.
Giai đoạn chuẩn bị và bảo quản dung dịch urê
Điểm đầu tiên và hợp lý nhất để triển khai cảm biến là ở giai đoạn bắt đầu của quá trình khử nitrat: chuẩn bị dung dịch urê và các bể chứa. Cảm biến được lắp đặt ở giai đoạn này cung cấp một lớp bảo vệ đầu tiên quan trọng cho việc kiểm soát chất lượng, xác minh rằng dung dịch đã chuẩn bị có nồng độ chính xác trước khi được đưa đến hệ thống định lượng. Phép đo chủ động này có thể phát hiện ngay lập tức các lỗi do pha loãng thủ công không chính xác, sự biến đổi trong nguyên liệu urê rắn hoặc sử dụng nước bị ô nhiễm, ngăn chặn những vấn đề này lan rộng xuống các giai đoạn tiếp theo và ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình. Việc giám sát nồng độ trong bể chứa cũng cung cấp một công cụ quản lý hàng tồn kho có giá trị, đảm bảo nguồn cung cấp thuốc thử được pha chế chính xác luôn ổn định và sẵn sàng.
Giám sát các đường tiêm và định liều
Để thực hiện điều khiển vòng kín hoàn toàn, cần lắp đặt một thiết bị đo nồng độ urê trong đường ống phun hoặc định lượng áp suất cao ngay trước các vòi phun. Vị trí này cung cấp phép đo trực tiếp và chính xác nhất về lượng chất phản ứng đi vào hệ thống trong thời gian thực. Dữ liệu trực tiếp này là dữ liệu đầu vào cơ bản cho các chiến lược điều khiển tiên tiến, liên tục điều chỉnh tốc độ phun dựa trên mức NOx trong khí thải đo được, nhiệt độ chất xúc tác và các thông số vận hành khác.
Trong khi một số hệ thống điều khiển suy luận sự cố từ sự dao động áp suất trong đường ống định lượng, phép đo nồng độ trực tiếp, liên tục cung cấp tín hiệu mạnh mẽ và đáng tin cậy hơn. Nó có thể chủ động phát hiện lỗi bơm, tắc nghẽn một phần hoặc tình trạng định lượng quá mức/thiếu hụt, cho phép phản ứng tự động nhanh chóng trước khi hiệu suất giảm NOx của hệ thống bị ảnh hưởng. Cách tiếp cận này chuyển nhà máy từ mô hình bảo trì phản ứng sang mô hình chủ động, dự đoán.
Mối tương quan với sự rò rỉ amoniac
Giá trị của cảm biến nồng độ urê vượt xa một điểm dữ liệu đơn lẻ. Bằng cách cung cấp luồng dữ liệu ổn định và đáng tin cậy, cảm biến cho phép hệ thống điều khiển quản lý chính xác tốc độ bơm thuốc thử, đảm bảo duy trì tỷ lệ phản ứng tối ưu. Độ chính xác này có liên quan trực tiếp đến việc giảm thiểu lượng amoniac thất thoát. Sự cố quá liều có thể được ngăn chặn trong thời gian thực, giảm cả lượng thuốc thử lãng phí và tác động đến môi trường do khí thải amoniac chưa phản ứng.
Giá trị dành cho khách hàng
- Tăng cường giảm thiểu NOx và tuân thủ quy định;
- Giảm lượng thuốc thử tiêu thụ và chi phí vận hành.
- Tối đa hóa thời gian hoạt động và giảm thiểu gánh nặng bảo trì