Como selecionar um aquecedor de PTFE para um tanque com sensor de nível ultrassônico?

No tanque de processo existe um sofisticado sensor de nível ultrassônico. Ele usa um eco puro e sem distorções para medir a altura do líquido. Um enorme aquecedor de imersão vertical de PTFE no caminho direto da onda sonora pode funcionar como um poderoso refletor falso, fazendo com que o sensor interprete mal o nível e possivelmente desencadeie um incêndio mortal-seco ou um transbordamento. O posicionamento físico e a orientação do aquecedor devem ser otimizados não apenas para o desempenho térmico, mas também para serem acusticamente indetectáveis ​​para o sensor.

Compreendendo o mecanismo de interferência
Sensores de nível ultrassônicos enviam pulsos sonoros de alta frequência (geralmente 20 – 200 kHz) em um cone compacto. O som se propaga morro abaixo, é refletido na superfície do líquido e de volta ao sensor. A medição do tempo-de{5}}voo é convertida em uma leitura de distância. Qualquer objeto sólido neste cone, como bainhas de aquecedores, suportes ou caixas de junção, produz seu próprio eco. Mas se o sinal do eco falso for suficientemente poderoso, o sensor pode travar nele em vez de na superfície líquida genuína.

Um aquecedor de imersão vertical de PTFE localizado no centro do tanque ou próximo a ele apresenta uma ampla superfície plana perpendicular à direção da onda sonora. Esta geometria resulta em uma reflexão especular brilhante. O sensor pode então interpretar isso como um nível de líquido na profundidade de submersão do aquecedor, resultando em enchimento insuficiente (se o eco falso estiver acima do nível verdadeiro) ou enchimento excessivo (se a parte superior do aquecedor for vista como um estado quase cheio). Em circunstâncias mais severas, o sensor pode nem reconhecer a presença de líquido, permitindo que o tanque fique seco enquanto o aquecedor permanece energizado, uma condição que danifica rapidamente uma bainha de PTFE.

Princípio de Seleção Chave: Invisibilidade Acústica
O objetivo da seleção do tanque do sensor de nível ultrassônico do aquecedor PTFE é tornar o aquecedor acusticamente indetectável. Isto é conseguido colocando o elemento aquecido completamente fora do feixe ultrassônico do sensor e eliminando quaisquer grandes superfícies planas que possam atuar como espelhos. O problema não é a substância PTFE em si - O PTFE tem uma impedância acústica semelhante à da água e, na verdade, atenua menos o som do que muitos metais. A questão é de geometria e localização.

Arranjo preferido de aquecedores
Aquecedor vertical, montado lateralmente
Um aquecedor vertical de PTFE é colocado na parede lateral do tanque o mais próximo possível da parede, mantendo o aquecedor fora do caminho do feixe central. O sensor ultrassônico geralmente é montado no centro da parte superior do tanque. O aquecedor-montado lateralmente fica na periferia, onde a intensidade da onda sonora é mais baixa. Este arranjo é adaptado para tanques estreitos (diâmetro <1 m) ou para um ângulo de feixe de sensor estreito (por exemplo, . 5–10 graus). Para tanques grandes ou sensores de feixe largo (15–30 graus), entretanto, as paredes laterais também podem ser iluminadas.

Solução preferida: aquecedor em formato de L ou angular
Na maioria das instalações, a escolha mais confiável é um aquecedor de imersão de PTFE em forma de L ou angular. Este tipo de aquecedor é colocado através de um bocal lateral, mas depois gira para baixo ou diagonalmente para dentro do tanque. A porção de aquecimento está localizada paralelamente à parede lateral e está extremamente próxima da parede lateral, normalmente a cerca de 50-100 mm da parede. As ondas sonoras se espalham lentamente a partir do centro, de modo que o sensor nunca vê esse aquecedor, pois aponta seu feixe para baixo em direção ao centro.

Um aquecedor em forma de L tem dois benefícios adicionais:

O comprimento de aquecimento pode ser longo (a maior parte da profundidade do líquido) e ainda assim estar fora do feixe.

O flange de montagem fica na parede lateral afastada da parte superior central da instalação do sensor para facilitar o acesso.

O aquecedor deve ser uma presença invisível e silenciosa no tanque, fora do caminho das ondas sonoras que são os olhos do controle de nível.

Aquecedor montado lateralmente ou horizontalmente
Tanques rasos (< 500 mm height) may not accommodate vertical heaters without them protruding from the liquid. A horizontally mounted heater inserted through a side port and running along the bottom is completely out of the field of sight of the ultrasonic sensor. However, care must be taken to avoid placing the heater immediately under the sensor – a horizontal heater just below can still cause a reflection if the sound wave penetrates through the liquid and hits its top surface. The recommended practice is to incorporate a horizontal heater at least 200 mm away from the vertical axis of the sensor.

O que NÃO fazer: Aquecedor vertical no centro
O pior local concebível para um tanque com sensor de nível ultrassônico é o centro, onde um aquecedor de PTFE é colocado na posição vertical. O aquecedor é um grande alvo cilíndrico localizado bem no caminho do feixe. Mesmo com o software do sensor contendo técnicas de redução de eco, um eco falso forte e constante de um aquecedor central é comumente identificado incorretamente. Este mesmo erro de projeto causou diversas falhas de campo no controle de nível ultrassônico em tanques aquecidos.

Problemas de integração técnica
Configuração do sensor ultrassônico
Os seguintes parâmetros do sensor precisam ser estabelecidos antes de selecionar os aquecedores:

Ângulo de feixe (geralmente 5-30 graus). Isso especifica o cone de som. O diâmetro do feixe a uma certa distância do sensor pode ser estimado como: diâmetro do feixe=2*distância*tan(ângulo do feixe/2)

Zona morta: A região logo à frente do sensor (normalmente 0,1-0,5 m) que não pode ser medida. Nenhuma parte do aquecedor (incluindo suportes ou caixas de junção) deve se projetar nesta zona.

Zona morta: O espaço antes do sensor começar a operar. Distância mínima de detecção.

Verificação da posição do aquecedor
Depois de escolher um tipo de aquecedor e um local de montagem, um rápido teste de mapeamento deve ser feito antes da instalação real. Procedimento de teste:

Fixe o sensor ultrassônico no local designado.

Posicione o aquecedor de PTFE (ou uma maquete-de mesmo formato e tamanho) no local planejado no tanque.

Encha o tanque com água até uma altura conhecida.

Mova o aquecedor um pouco e observe a saída do sensor. Qualquer salto abrupto no nível indicado é um eco falso do aquecedor.

Altere a posição ou orientação do aquecedor para que não haja eco -falso em toda a faixa de nível de trabalho.

Este teste é especialmente relevante para tanques com estruturas internas complicadas (defletores, misturadores, bobinas) que podem induzir reflexões adicionais.

Suporte de montagem e colocação da caixa de junção
Muitos aquecedores montados na parte superior do tanque ou na parede lateral são fornecidos com suportes de montagem de metal e caixas de junção elétrica. Eles também precisam ser mantidos fora do feixe ultrassônico. Mesmo que a bainha de PTFE esteja devidamente disfarçada, um suporte de metal próximo ao sensor pode causar um eco significativo. A caixa de junção deve estar localizada abaixo do caminho do feixe do sensor ou na lateral do tanque do sensor. Se o tanque tiver uma parte superior plana, posicione o sensor onde não haja outros acessórios-penetrantes superiores (por exemplo, flanges do aquecedor, poços termométricos ou tubos de imersão) dentro do cone do feixe.

A lista de verificação prática da seleção
Para escolher um aquecedor de PTFE para um tanque com sensor de nível ultrassônico, será utilizada a seguinte lista de verificação:

Obtenha dados do sensor: ângulo do feixe, distância da zona morta e local de montagem.

Determine a pegada do feixe na profundidade normal do líquido.

Nenhum aquecedor ou suporte dentro do cone do feixe. Não instale centralmente.

Opte por aquecedores-montados lateralmente em forma de L-ou angulares, que mantêm a parte aquecida próxima à parede do tanque.

Montagem horizontal para tanques rasos (certifique-se de que o aquecedor não esteja imediatamente abaixo do sensor)

Teste de mapeamento com água antes do serviço químico.

Insira a posição final no desenho de instalação.

Os operadores de trens devem reconhecer que uma mudança rápida na leitura de nível pode ser devida ao movimento do aquecedor (por exemplo, devido à vibração) no caminho do feixe.

Conclusão: Aquecimento acusticamente invisível
Escolher o aquecedor de PTFE certo para um tanque com sensor de nível ultrassônico é uma lição de posicionamento acústico. Ele mantém um feedback de nível vital claro e preciso (o eco do sensor) livre de reflexões espúrias do elemento de aquecimento. O projeto de aquecimento ideal é aquele que não cega os outros sensores do tanque. O gerenciamento confiável e seguro do nível do tanque pode ser alcançado escolhendo um aquecedor em forma de L-montado lateralmente- e validando sua posição por meio de um teste de mapeamento, além de garantir que todos os suportes e caixas de conexão estejam fora do feixe ultrassônico. Esse pequeno item de integração levou a inúmeras falhas-de incêndio seco e problemas de transbordamento. Alguns minutos de planejamento acústico durante o projeto podem economizar meses de depuração no futuro.