Merjenja nivoja voda v okoljski industriji

Merjenja nivoja voda v okoljski industriji

Je primernejša tehnologija ultrazvok ali radar?

Aljoša Doberšek - Iz revije Hi!tech 1/20, maj 2020

Upravljanje pitnih in odpadnih voda tako kot celotna okoljska industrija v zadnjih nekaj letih doživlja veliko sprememb. Staranje infrastrukture, zahtevnejši okoljski predpisi in vplivi podnebnih sprememb silijo ta segment v nenehne posodobitve in celovito upravljanje sistemov s pitno in odpadno vodo. V tehnologiji merjenja nivoja sta vodilni tehnologiji uporaba ultrazvočnih in radarskih valov. 

Za tehnike, ki se ukvarjajo s procesno industrijo, ne obstaja ena sama najboljša rešitev oz. ena tehnologija, ki bi bila najboljša za vse aplikacije.  Ultrazvok in radar sta za nekatere aplikacije popolnoma enakovredni tehnologiji, v drugih primerih pa se obneseta različno dobro. Največ k pravilni izbiri prinesejo poznavanje tehnološkega procesa in izkušnje v različnih aplikacijah.

Zunanji vplivi

Procesna merilna oprema za aplikacije v čiščenju odpadnih vod je podvržena pomembnim zunanjim vplivom: temperatura, veter, dež ... 

V nekaterih primerih sta lahko veter in dež zahtevna pogoja za ultrazvočne merilnike. V primeru vetra se malenkostno zmanjša amplituda akustičnega povratnega odbojnega signala, medtem ko na radarske frekvence veter načeloma nima vpliva. 

Dež ima podoben vpliv tako na ultrazvok kot na radar, ki pa je nepomemben pri kratkih razdaljah merjenja, kot je merjenje v odprtih kanalih, saj je moč odbojnega signala še precej visoka. 

V primeru vetra bo imel torej ultrazvok malo šibkejši povratni signal, kljub temu pa imajo sodobne izvedbe ultrazvočnih merilnikov dovolj močen signal za potrebe merjenja nivoja v odpadnih vodah.  

Pri ultrazvočnih merilnikih je potrebno upoštevati še temperaturo medija, skozi katerega potuje akustični signal. V primeru merjenja na prostem je to zrak, kjer nižja temperatura pomeni nižjo hitrost akustičnega signala. Le-to pa zlahka premaguje Siemensov ultrazvočni merilnik Sitrans Probe LU240, ki ima serijsko vgrajen temperaturni senzor, ki kompenzira ta vpliv.

Izzivi nabiranja umazanije in pen

V prvi fazi obdelave odpadne vode, kjer se pojavlja veliko umazanije, ali kjer je možnost nabiranja nečistoč na senzorju, se zelo dobro obnesejo ultrazvočni merilniki pretoka s samodejnim čiščenjem merilne strani senzorja. Vibracije na senzorju namreč umazanijo dobesedno stresejo s senzorja.

LR120 in Echomax ultrazvočni pretvorniki so dobavljivi z potopno zaščito ali brez nje. V situacijah, kjer so možne poplave, potopna zaščita pomaga preprečiti nabiranje naplavin na senzorju.

Prav tako se dobro obnesejo v primeru nabiranja kondenzata na merilni strani senzorske glave. To signal malenkost oslabi, vendar ne vpliva na meritev. V kombinaciji z vgrajenim programom za inteligentno procesiranje odbojnih signalov ultrazvočni merilniki zagotavljajo zanesljivo merjenje v okoljih, kjer je prisotno veliko umazanije in zatorej obstaja možnost, da se ta nabira na senzorju.

Tudi nova družina radarskih merilnikov nivoja Sitrans LR100 se izredno dobro spoprijema s pogoji, v katerih je prisotno veliko umazanije. Bistveno vlogo pri tem igra izjemno občutljiv radarski čip, ki je boljši od katerega koli predhodnega radarja v tem razredu. Seveda pa se na dolgi rok lahko na radarskem merilniku nabere toliko umazanije, da to vpliva na moč signala. Pri radarskem merilniku namreč ni vibracij na merilni strani senzorja.

Ko se na merjenem mediju pojavlja pena, se obe tehnologiji obnašata približno enako. Mokra pena bo ustvarila odboj, medtem ko ga bo suha pena absorbirala. Vendarle pa je v prednosti visokofrekvenčna 80GHz radarska tehnologija, ki ustvarja izredno kratko valovno dolžino oddajanja signala in zagotavlja zelo dober odboj s skoraj vsake trdne snovi.

Upoštevanje razdalje merjenja

V primerih merilnih območij razdalje do 100 metrov imajo visokofrekvenčni radarski merilniki prednost pred ultrazvočnimi. Takšna merilna območja uporabljajo v visokih silosih, ki pa so v aplikacijah pitnih in odpadnih voda redki. Globina rezervoarjev je maksimalno med 10 in 15 metri. 

Pri čiščenju odpadnih vod se srečujemo predvsem s težavami, ko je merjeni medij preblizu senzorju in ne daleč od njega. Tukaj ima prednost radarski merilnik LR100, ki meri nivo že od glave senzorja. Ultrazvočni merilniki imajo t.i. »mrtvo cono« merjenja, ki pa znaša pri Probe LU240 le 20 cm od merjenega medija. 

SITRANS Probe LU240 / SITRANS LR100

Merjenje v zahtevnih pogojih

Radar se v določenih zahtevnih procesnih pogojih izkaže kot veliko bolj primeren. Kadar se pojavljajo hlapi, prah in vakuum, je radarska tehnologija merjenja primernejša izbira. Takšen primer so sipki materiali, npr. silosi za apno, pri katerih ob polnjenju nastaja veliko prahu. Zanje je pravi odgovor 80GHz radarska tehnologija. Vsekakor pa v zahtevnih pogojih brezkontaktno merjenje, torej ultrazvočna in radarska tehnologija,  zahteva manj vzdrževanja kot kontaktno merjenje (npr. hidrostatično), kjer je potrebno redno čistiti senzor.

Radarski merilniki lahko merijo tudi skozi plastiko, kar pomeni zanesljivo in varno merjenje nivoja agresivnih kemikalij v plastičnih rezervoarjih in posodah. 

Radarska tehnologija se vse bolj uporablja in postaja cenovno dostopnejša. Primerna je predvsem v aplikacijah, kjer se pojavljajo hlapi, prah in visoke temperature. Vsekakor pa ne izpodriva ultrazvočne tehnologije merjenja nivoja, temveč jo dopolnjuje. S tem lahko bolje pokrijemo zahtevne aplikacije na področju odpadnih in pitnih voda. 

Visokotehnološko srce tega obrata je Siemensov Silyzer 300, ki s priključno močjo 6 megavatov omogoča proizvodnjo 1200 kubičnih metrov "zelenega" vodika na uro. Projekt H2FUTURE je pomemben mejnik na področju industrijske uporabe elektrolize oziroma temeljni kamen za prihodnje industrijske aplikacije v jeklarski industriji, v rafinerijah, na področju proizvodnje gnojil ter pri drugih industrijskih panogah, ki imajo velike potrebe po vodiku.

Radarski merilniki Sitrans

Merjenje nivoja skozi plastiko s Sitrans LR100