Технологии на уровень выше

В статье рассмотрены новые технологии определения уровня жидкости в резервуарах на предприятиях химической промышленности. Решение с цифровой архитектурой без импульсных линий и капилляров позволяет добиться высокой точности измерения, избежать прерывания технологического процесса и дает ряд других преимуществ.

Emerson Process Management

На предприятиях с высокими резервуарами при обслуживании импульсных линий из-за постоянно возникающих проблем часто задаются вопросом: «А есть ли альтернатива?» Рассмотрим особенности решения на предприятии «Тольяттикаучук» (холдинг «СИБУР») и то, как используются современные технологии для повышения производительности, снижения эксплуатационных расходов и улучшения качества конечного продукта.

Узнаем себя

Существуют объекты, такие как, например, ректификационные колонны или просто высокие резервуары, стоящие на открытом воздухе, где для измерения уровня продукта методом перепада давления требуется значительная длина импульсных линий или капилляров. Применение как импульсных линий, так и капилляров влечет за собой несколько значимых проблем. Капилляры приходится проверять на наличие утечек, засорение и механические повреждения – перегибы, разрушение трубок и подобное. Конденсация от изменения температуры окружающей среды в импульсных линиях влияет на точность показаний. Эффект увеличивается из-за большой длины импульсных линий. При этом погрешности измерения, возникающие из-за особенностей традиционной системы, могут приводить к ошибкам в процессе, например, к перекачке воды вместо вязкой среды, и, как следствие, к поломке насосного оборудования, остановам. Кроме того, монтаж самих импульсных линий или капилляров требует значительных затрат, а установки, эксплуатируемые при низких температурах на открытом воздухе, зачастую требуют обогрева импульсных линий.

Рис. 1. Для точных измерений уровня в высоких резервуарах методом перепада давления 

есть уникальное решение с цифровой архитектурой без импульсных линий и капилляров

Для производства 160 тыс. тонн синтетических каучуков в год предприятию «Тольяттикаучук» необходимо измерять уровень содержимого в большом количестве высоких резервуаров. Резервуары включают емкости дегазации, усреднители, разделители и пр. Содержимое резервуаров – от смеси каучуковой крошки и воды в одних до смеси полимера, воды и химических добавок в других. Дополнительные сложности вызывают мешалки на различных уровнях колонны, при этом высота колонн составляет до 12 м, а в процессе перемешивания происходит налипание сырья. В комплексе все эти факторы затрудняют точное измерение уровня.

В поисках решения

Ранее на предприятии «Тольяттикаучук» для измерения уровня применяли пьезометрический способ, так как использование радарных технологий невозможно ввиду вязкости полимера и присутствия мешалок с несколькими уровнями лопастей (рис. 2). При пьезометрическом способе измерения уровень жидкости определяют путем подключения датчика давления к верхней отметке трубки, установленной в резервуаре. Через трубку прокачивают воздух, который, выходя из ее свободного конца пузырьками, препятствует поступлению жидкости в трубку. Такая система требует постоянного обслуживания: несколько раз в день приходится разбирать и прочищать импульсные линии, обогревать их и постоянно контролировать саму систему измерения уровня. При этом точность измерений оставляет желать лучшего. В свою очередь, недостоверная информация об уровне в резервуарах при перекачке полимера приводит к попаданию в насосы воды, которая, как более тяжелая субстанция, находится ниже смеси полимера. Предназначенные для перекачки вязких сред насосы разрушаются, в связи с чем до нескольких раз в год происходит останов технологического процесса со всеми вытекающими последствиями.

Рис. 2. Старый способ измерения уровня пьезометрическим способом

В период модернизации предприятие проанализировало современные решения, которые смогли бы эффективно работать в таких условиях. Решение с использованием пьезометрического способа измерения было ненадежно (как, впрочем, было бы ненадежно и решение на базе нового электронного датчика давления любого из ведущих мировых производителей по причине забивки трубок) и требовало дополнительного обслуживания системы. После осмотра объекта и анализа проблемы компания Emerson предложила решение с выносными фланцевыми разделительными мембранами с удлинителем Rosemount 1199. Удлинение мембраны необходимо было подобрать так, чтобы около 5 мм удлинителя выходило внутрь емкости и омывалось продуктом. Тем самым была решена проблема забивки продукта в патрубке и импульсных линиях.

Решение на базе датчика перепада давления с подключенными к нему мембранами типа EF с правильно подобранным удлинением и десятиметровыми капиллярами, заполненными специальной жидкостью, было рабочим, но имело недостатки, присущие всем решениям с капиллярами: хрупкость, температурные погрешности, неудоб­ство монтажа и прочее. Поэтому, для того чтобы избавиться от капилляров, в следующем проекте компания Emerson предложила установку системы ERS™, доведя решение практически до идеального: капилляры были заменены на цифровую архитектуру (рис. 3).

Рис. 3. Установленное на патрубки решение на базе ERS от Emerson

Система электронных выносных сенсоров ERS позволяет устранить проблемы, с которыми предприятия сталкиваются в подобных техпроцессах. ERS представляет собой два сенсора избыточного или абсолютного давления Rosemount 3051S, связанных между собой обычным электрическим кабелем. Перепад давления вычисляется внутри системы и передается в виде сигнала 4–20 мА и HART. Дублированная согласно требованиям безопасности система показывает расхождение в измерениях не более 1 %, что означает соблюдение целевого значения точности. Таким образом, новая система в шести емкостях дегазации позволила предприятию «Тольятти­каучук» в 2013 году избавиться от всех перечисленных проблем, связанных с измерением уровня.

Выход найден

Компания Emerson не просто решила проблему измерения, но и максимально облегчила и упростила монтаж, настройку и эксплуатацию оборудования. Применение системы электронных выносных сенсоров ERS позволило обеспечить:

- точные и надежные измерения;

- снижение затрат на обогрев;

- легкую интеграцию и монтаж;

- стабильную работу насосов;

- сокращение времени техобслуживания.

Точные и надежные измерения

Улучшенные рабочие характеристики – основное преимущество системы 3051S ERS. Цифровая архитектура обеспечивает точность измерений при значительных колебаниях температуры, со значительным снижением времени отклика. Так, прямое подсоединение ERS к резервуару снижает время отклика в 5 раз по сравнению с датчиком с трехметровым капилляром. При этом выполняется подстройка нуля системы, не требуется расчет смещения. Нечувствительность к перепаду температур обеспечивает высокую точность и повторяемость измерений в любых погодных условиях.

Снижение затрат на обогрев

Как следствие, при применении данного решения больше не требуется обогрев импульсных линий и дополнительная изоляция.

Легкая интеграция и монтаж

Еще одно преимущество системы 3051S ERS – это простота применения. Отсутствие механических компонентов значительно упрощает процесс монтажа. Один специалист отдела КИП может без труда установить отдельно каждый датчик, а затем соединить их обычным электрическим кабелем необходимой длины (до 45 м). При этом каждый сенсор монтируется отдельно, без стоек, кронштейнов и другой арматуры. Это означает легкий монтаж на ректификационных колоннах, вокруг переходов и т. п.

Стабильная работа насосов

Точность и достоверность измерений уровня с помощью системы ERS гарантирует перекачивание требуемой среды и, как следствие, стабильную работу насосов и непрерывность течения технологического процесса без остановов.

Сокращение времени техобслуживания

Помимо того, что больше не требуется ежедневно обслуживать импульсные линии, решение позволяет сократить технологические работы благодаря постоянной диагностике установленных приборов с помощью дополнительного программного обеспечения AMS Device Manager в системе управления технологическим процессом DeltaV (рис. 4) или c переносного коммуникатора HART 475 (рис. 5).

Рис. 5. Одни и те же данные об устройствах и показаниях ERS-системы 

могут быть предоставлены пользователям с помощью программного обеспечения

Более того, система ERS дополнительно позволяет измерять различные параметры, например значение давления, приложенного к каждому из сенсоров, температуру модуля сенсора. Все эти параметры можно получать на пульт управления через HART-протокол в режиме реального времени.

Дополнительной возможностью для заказчика является настройка системы для получения данных об уровне или объеме – в зависимости от загруженной таблицы масштабируемой переменной, которую пользователю будет легко выбрать для колонны с учетом ее формы. Это достигается благодаря многопараметрической технологии MultiVariable™, которая выдает информацию, необходимую для расширенного контроля и управления технологическими процессами.

Общий вывод

Пробное применение описываемого решения при производстве только одной из марок каучука позволило ООО «Тольяттикаучук» в 2013 году снизить техническое обслуживание и количество простоев до минимума – персоналу осталось лишь наблюдать за процессом (рис. 6). Что важно, помимо этого, удалось улучшить качество выходного продукта. Таким образом, решение можно рекомендовать к применению в подобных технологических процессах. Тем более что такая линия на предприятии не единственная, а само ООО «Тольяттикаучук» – лишь одно из химических предприятий холдинга «СИБУР». Высокая точность и повторяемость измерений в любых погодных условиях, измерение нескольких параметров одновременно, упрощение установки системы измерения, обеспечение легкой интеграции и настройки, снижение частоты ремонтов и количество процедур по техническому обслуживанию – все эти факторы доказывают существование экономичного решения для измерения уровня.

Рис. 6. Фотография с места установки: 

представьте, что можно вообще забыть о том, 

когда в последний раз делалась проверка исправной работы системы измерения уровня. 

Потому что ни капилляров, ни импульсных линий попросту нет

Операторы линии выделения каучука на предприятии говорят, что после того, как было установлено решение ERS, забот об измерении уровня в резервуарах, которые существовали раньше, больше не стало.

Emerson Process Management

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 6(54)_2014