Може ли радарно-резервоарен измервателен уред да се използва за резервоари с високо ниво на акустични смущения?

Ако някога сте стояли до рафинерийно резервоарно стопанство в горещ следобед, вероятно сте усещали ниски, бумтящи вибрации, които карат гърдите ви да тряскат – акустична интерференция в най-суровата и постоянна форма. За операторите, натоварени с точното измерване на нивото, същото бръмчене, плюс дрънченето на помпи, изпускане на пара и дори слабото ехо от плискане на продукта в резервоар, не е просто фонов шум – това е заплаха за данните, които поддържат съоръженията безопасни, съвместими и печеливши. В продължение на години много индустриални екипи отписваха високоакустични резервоари като „невъзможни“ за радарни измервателни уреди на резервоари, предполагайки, че звукът ще заглуши радарните сигнали по начина, по който статичното електричество замъглява радиото. Като доставчик на радарни измервателни уреди за резервоари с десетилетия внедряване на място, аз съм тук, за да споделя, че този мит е точно това – и че съвременната радарна технология е създадена да процъфтява, а не да се бори, дори в среди, където акустичните смущения са част от ежедневния ритъм.

Първо, нека преодолеем често срещано объркване: акустична интерференция срещу изкривяване на радарния сигнал. Акустичната енергия е звукови вълни - вибрации, които преминават през въздух или течност, с честоти, които могат да варират от слаб тътен (20 Hz или по-малко) до високо хленчене (20 kHz). Радарът, напротив, използва електромагнитни (EM) вълни, които работят на напълно различни честотни ленти (обикновено от 1 GHz до 100 GHz за индустриални нивомери) и не взаимодействат със звуковите вълни по начин, който причинява повреда на сигнала - поне не директно. Истинският проблем, който акустичната интерференция представлява за измервателните уреди на радарните резервоари, не е, че тя заглушава самия радар, а че създава фалшив шум при обработката на сигнала на измервателния уред. Мислете за това по следния начин: вашият радар изпраща фокусиран EM импулс, който отскача от повърхността на продукта в резервоара, връща се обратно и измервателният уред измерва времето на полета, за да изчисли нивото. Но всеки нежелан електрически шум, механични вибрации или дори кръстосани разговори от други близки измервателни уреди могат да добавят „фалшиво ехо“ към сигнала – карайки измервателния уред да мисли, че получава импулс от някъде, където не е. Това е мястото, където акустичните смущения надигат главата си: някои от най-честите източници на този фалшив шум са механични вибрации от помпи, бъркалки или дори огъване на конструкцията на резервоара, които могат да се превърнат в електрически шум в електрониката на измервателния уред или да създадат малки, произволни EM смущения, които пречат на обработката на сигнала.

Ранните радарни измервателни уреди на резервоара, особено по-старите модели на рефлектометрия във времева област (TDR), се бореха с това, защото разчитаха на просто осредняване на сигнала, което не можеше да разграничи ехото от повърхността на реалния продукт и случаен шум от акустични източници. Но днешната радарна технология е еволюирала, за да реши този проблем директно и доказателството е в внедряването в реалния свят в индустрии, които се справят с постоянни силни акустични смущения: рафинерии за нефт и газ, химически преработвателни заводи, съоръжения за пречистване на отпадъчни води и дори големи предприятия за преработка на храни и напитки с резервоари, оборудвани с бъркалки.

Нека започнем с радарни измервателни уреди с насочени вълни (GWR), които са едни от най-популярните ни решения за приложения със силни смущения. За разлика от безконтактния радар, който изпраща импулс през въздуха към повърхността на продукта, GWR пуска този импулс по сонда (кабел или прът), която се намира вътре в резервоара, така че ЕМ импулсът е ограничен до сондата. Това го прави много по-малко податлив на шум от околната среда на резервоара - включително акустични смущения, които създават фалшиво ехо във въздуха, тъй като импулсът се движи по солидна, специална пътека. За високоакустични резервоари с висока турбуленция, бъркалки или постоянни механични вибрации, фокусираният сигнал на GWR променя играта. Нашият радар с насочени вълни с два кабела SLDL5526 е перфектен пример тук: той е проектиран за резервоари с до 100% турбуленция на продукта, която често идва ръка за ръка с висок акустичен шум от бъркалки или рециркулационни помпи. Скорошно внедряване в резервоара за подаване на суров петрол на рафинерия в Средния запад имаше постоянен акустичен шум от 10 големи рециркулационни помпи, работещи 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата, плюс бъркалка с променлива скорост, която създаваше турбуленция на продукта, достатъчно силна, за да се забърква с по-старите нивомери. Преди да премине към SLDL5526, заводът се справяше с грешки в измерването на нивото до 1,2 фута, водещи до препълване или недопълване на захранващия резервоар и ненужен престой. След инсталирането дизайнът с двоен кабел на SLDL5526 му помогна да филтрира шума чрез сравняване на два идентични EM импулса, пътуващи по отделни сонди, елиминирайки фалшивото ехо от акустични вибрации. Заводът отчете точност на нивото в рамките на 0,1 инча, дори по време на цикли на помпата, които произвеждат до 85 dB акустичен шум - наравно с нивото на шума в натоварен офис, но достатъчно постоянно, за да наруши по-малките измервателни уреди.

За резервоари, които работят при екстремни условия – като високи температури или високо налягане, които също често идват с повишени акустични вибрации от отоплителни системи или регулатори на налягане – нашият високотемпературен кабелен радар SLDL5524 с насочване на вълни е създаден да се справи с тези двойни предизвикателства. Миналата година работих със специализиран химически завод, който имаше реакторен резервоар от 50 000 галона, съдържащ разтопен полимер при 450°F, със система за рециркулация на пара, която генерира постоянен нискочестотен акустичен тътен. Заводът е изпробвал първо ултразвукови нивомери, които се провалят в рамките на един месец, тъй като високата температура изкривява звуковите вълни, и дори стандартен безконтактен радар, който не може да филтрира шума от механични вибрации. Високотемпературната кабелна сонда на SLDL5524 е създадена да издържа на тези екстремни термични условия и нейният усъвършенстван алгоритъм за обработка на сигнала може да разграничи ехото от повърхността на реалния продукт и шума от вибриращата структура на резервоара. Манометърът работи вече 18 месеца с нулев престой, а точността на измерване на нивото е в рамките на 0,2 инча - дори когато парната система нараства до максимално налягане, добавяйки допълнителен акустичен шум към сместа.

Но радарът с насочени вълни не е единственото решение за силни акустични смущения – безконтактният радар също напредна драматично, особено радарната технология с фазово изместване. Нашата серия решетки с фазово изместване SLDL53-40 е чудесен пример за безконтактен радар, който се справя отлично в среди с висок шум. За разлика от основния безконтактен радар, който използва една антена за изпращане и получаване на сигнали, радарът с фазова решетка използва мрежа от малки антени, които работят заедно, за да фокусират радарния импулс в плътен, тесен лъч. Този фокусиран лъч означава, че импулсът удря само повърхността на продукта, а не стените на резервоара, тръбите или друго оборудване, което може да отразява фалшиво ехо от акустични вибрации. За големи резервоари за съхранение, които не се нуждаят от сонда, преминаваща през продукта (някои индустрии забраняват сондите по санитарни причини, като храни и напитки, или защото продуктът е твърде вискозен), това е идеално. Занаятчийска пивоварна в северозападната част на Тихия океан се свърза с нас миналата година с проблем: техните 200-барелови ферментационни резервоари бяха оборудвани с бъркалки, които работеха на 300 RPM, създавайки висок акустичен хленч, който караше старите им ултразвукови нивомери да отчитат хаотично по време на активната фаза на ферментация. Те не можаха да използват GWR, тъй като санитарните разпоредби забраняват всякакви чужди предмети вътре в съдовете за ферментация, така че ние препоръчахме SLDL53-40 Phase-Shift Array. Матричната технология на измервателния уред му позволява да филтрира ехото от бъркалката и стените на резервоара, като фокусира лъча си директно върху повърхността на течността, дори когато акустичният шум от процеса на ферментация (и бъркалката) достигне до 90 dB. Сега се използва от една година и пивоварната отчита точни измервания на нивото по време на ферментацията, дори по време на най-бурните фази.

Разбира се, не всички високоакустични резервоари са еднакви и понякога се нуждаете от манометър, който може да се справи както с екстремно налягане, температура, така и с акустичен шум. Това е мястото, където се появява нашият радар за висока температура и високо налягане SLDL5228, предназначен за резервоари, които работят при до 800°F и 1500 PSI – обичайно при производство на електроенергия или тежка химическа обработка. Тези среди имат постоянен акустичен шум от вентили за високо налягане, вибрации на тръби и котелни системи, така че SLDL5228 използва усъвършенствана цифрова обработка на сигнала (DSP), която може да отдели реалното ехо от шума чрез анализиране на формата и времето на импулса. Наскоро посетих електроцентрала в Югозапада, която имаше захранващ резервоар от 100 000 галона за бойлер с постоянен акустичен шум от две помпи с високо налягане и вентилационна система. Заводът използваше механичен нивомер, който изискваше седмично калибриране, а неточните нива водеха до случайни прекъсвания на котела. След инсталирането на SLDL5228 заводът намали честотата на калибриране на всеки шест месеца и прекъсванията на котела от грешки в нивото спаднаха до нула – дори когато помпите се въртяха, добавяйки допълнителен акустичен шум към резервоара.

Често срещан въпрос, който получавам от операторите, е: "Какво ще кажете за резервоарите, които имат пяна? Дали акустичната интерференция плюс пяната правят радарните измервателни уреди безполезни?" Това е основателна загриженост – пяната може да създаде вторично ехо, а акустичната вибрация може да накара пяната да се движи по начини, които изкривяват сигналите. Но нашият SLDL5215Radar Tank Gauge, универсален безконтактен радар със среден обхват, включва специален алгоритъм за откриване на пяна, който работи заедно с филтрирането на шума, за да разграничи пяната от действителната повърхност на продукта. Например, пречиствателна станция за отпадъчни води в югоизточната част имаше аерационни резервоари с тежка пяна и постоянен акустичен шум от аерационни вентилатори, създавайки перфектна буря от проблеми с измерването на нивото. Бяха пробвали няколко измервателни уреда преди, всички се провалиха, докато не инсталирахме SLDL5215. Алгоритъмът на измервателния уред филтрира акустичния шум на вентилатора, идентифицира слоя пяна и измерва както дебелината на пяната, така и действителното ниво на течността с точност до 0,3 инча – нещо, което по-старите измервателни уреди не можеха да направят.

Сега, нека да се обърнем към слона в стаята: защо някои радарни измервателни уреди на резервоара все още се провалят в среда с висока акустична среда? Това се свежда до два ключови фактора: остаряла обработка на сигнала и лошо съвпадение на габарита с резервоара. Много евтини радарни измервателни уреди от начално ниво използват основно осредняване на сигнала, което не отчита шума в реално време, така че в крайна сметка усредняват фалшиви ехо от акустични вибрации в показанията на нивото. Другата грешка е изборът на универсален габарит за уникална среда. Например, поставянето на стандартен безконтактен радар върху резервоар със силна бъркалка може да работи в тиха лаборатория, но на полето механичната вибрация създава достатъчно електрически шум, за да извади измервателния уред. Ето защо, като доставчик, ние не просто продаваме измервателни уреди – ние работим с операторите, за да оценим тяхната специфична среда в резервоара: нива на акустичен шум, тип продукт, размер на резервоара, налягане, температура и всякакви други уникални променливи, за да препоръчаме правилния габарит.

Добрата новина е, че дните на отписване на високоакустични резервоари като неизмерими са отдавна отминали. Радарните измервателни уреди в резервоара не се интересуват от звуковите вълни – те се интересуват от EM импулсите – и съвременната технология е направила тези импулси силни, фокусирани и достатъчно интелигентни, за да игнорират шума от помпи, бъркалки и други източници. От GWR с двоен кабел за турбулентни резервоари за суров петрол до безконтактни манометри с фазово изместване за санитарни ферментационни съдове, има решение за всяко приложение с висока степен на смущения.

Ако се сблъсквате с постоянен акустичен шум във вашите операции за измерване на нивото и сте уморени от неравномерни показания, престой или проблеми с калибрирането, ние можем да ви помогнем. Нашият екип е работил със съоръжения в различни индустрии, за да внедри радарни измервателни уреди за резервоари, които работят надеждно дори в най-шумните, най-предизвикателни среди, от рафинерии до пивоварни до електроцентрали. За да научите повече за нашите решения за високоакустични смущения или да планирате консултация за вашите специфични нужди от резервоар, свържете се с нашия екип днес. Нашите продуктови линии, включително радар с насочване на вълни с двоен кабел SLDL5526, серия решетки с фазово изместване SLDL53-40, радар с насочване на вълни с високотемпературен кабел SLDL5524, уред за измерване на резервоара SLDL5215Radar и радар за висока температура и високо налягане SLDL5228, всички са създадени, за да осигурят постоянна точност, когато имате най-голяма нужда.

Референции

1. Основи на измерване на ниво: радар срещу акустични технологии. Публикации на ISA, 2021 г.
2. Промишлена обработка на радарни сигнали за среди с висок шум. Journal of Process Control, vol. 38, 2019, стр. 45-52.
3. Приложения на радар с направлявани вълни в резервоари за турбулентна течност. Chemical Engineering Progress, vol. 115, бр. 7, 2020, стр. 32-37.
4. Радар с фазова решетка за големи резервоари за съхранение. Petroleum Technology Quarterly, том. 25, бр. 2, 2021, стр. 61-68.
5. Стратегии за намаляване на шума в индустриалните нивомери. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 67, бр. 10, 2020 г., стр. 8612-8620.