Tlak pary patrí medzi základné prevádzkové veličiny v energetike, teplárenstve aj priemyselných technologických procesoch.
Samotné meranie tlaku pritom nie je komplikované. Problémom je prostredie, v ktorom má tlakový snímač pracovať.
Para môže mať vysokú teplotu, pri ochladení kondenzuje a v potrubí sa môžu vyskytovať tlakové rázy a dynamické zmeny tlaku. Ak tlakový snímač namontujeme bez zohľadnenia týchto podmienok, výsledkom nemusí byť iba nepresné meranie, ale aj výrazne skrátená životnosť snímača alebo jeho poškodenie.
Pri meraní pary preto nestačí vybrať správny tlakový rozsah. Rovnako dôležitý je spôsob procesného pripojenia a samotná montáž.
Prečo je meranie tlaku pary špecifické?
Najväčším rozdielom oproti bežnému meraniu kvapalín alebo plynov je vysoká teplota média.
Elektronický tlakový snímač môže mať napríklad povolenú teplotu média výrazne nižšiu, než je teplota pary v potrubí.
Ak by bol takýto snímač pripojený priamo k horúcej pare, môže dôjsť k:
- prehrievaniu meracieho článku,
- poškodeniu tesnení,
- driftu merania,
- poškodeniu elektroniky,
- skráteniu životnosti zariadenia.
Preto sa medzi parou a snímačom vytvára vhodné procesné oddelenie.
Najčastejšia chyba: snímač priamo na horúcej pare
Jednou z typických chýb je montáž tlakového snímača priamo na odberné miesto bez dostatočného tepelného oddelenia.
Na prvý pohľad môže byť takéto riešenie jednoduché:
potrubie → ventil → tlakový snímač
Pri horúcej pare však môže byť snímač vystavený teplote, na ktorú nie je konštruovaný.
Správny návrh musí zabezpečiť, aby sa teplota média pred dosiahnutím meracieho prvku znížila na hodnotu povolenú výrobcom snímača.
Na čo slúži kondenzačná slučka?
Pri mechanických tlakomeroch aj tlakových snímačoch sa pri parných aplikáciách môžeme stretnúť s tzv. sifónom alebo kondenzačnou slučkou.
Typické vyhotovenie môže mať tvar:
- slučky,
- U-trubice,
- stočenej trubice.
V tejto časti potrubia para kondenzuje a vytvorí vodný stĺpec medzi horúcou parou a meracím zariadením.
Tlak sa cez kondenzát prenáša ďalej, ale samotný snímač už nie je vystavený priamemu pôsobeniu pary s plnou procesnou teplotou.
Ide teda predovšetkým o tepelnú ochranu meracieho zariadenia.
Kondenzačná slučka tlak nezablokuje
Občas vzniká predstava, že voda v slučke zabráni prenosu tlaku.
Nie.
Tlak sa cez kvapalinu prenáša k meraciemu prvku. Kondenzát teda umožňuje merať tlak pary, pričom súčasne pomáha chrániť snímač pred vysokou teplotou.
Treba však zohľadniť aj hydrostatický tlak kvapalinového stĺpca, najmä pri presnejších meraniach alebo väčších výškových rozdieloch.
Pred uvedením do prevádzky musí byť ochranné riešenie správne pripravené
Ak sa používa sifón alebo impulzné vedenie určené na vytvorenie kondenzačného stĺpca, spôsob uvedenia do prevádzky musí zodpovedať návrhu a pokynom výrobcu.
Cieľom je zabrániť tomu, aby sa horúca para dostala priamo k meraciemu zariadeniu skôr, než vzniknú správne prevádzkové podmienky.
Presný postup závisí od konkrétneho zapojenia.
Chyba č. 2: ignorovanie maximálnej teploty média
V datasheete tlakového snímača treba rozlišovať viacero teplotných údajov.
Môžeme sa stretnúť napríklad s:
- teplotou média,
- teplotou okolia,
- skladovacou teplotou,
- teplotne kompenzovaným rozsahom.
Tieto hodnoty neznamenajú to isté.
Ak výrobca povoľuje určitú maximálnu teplotu média, neznamená to automaticky, že celý snímač môže dlhodobo pracovať v prostredí s rovnakou teplotou.
Pri návrhu treba preto preveriť procesnú aj okolitú teplotu.
Chyba č. 3: tlakový rozsah je príliš tesný
Pri výbere snímača nestačí vychádzať iba z normálneho pracovného tlaku.
Predstavme si systém, ktorý štandardne pracuje pri tlaku 8 bar.
Výber rozsahu 0–10 bar môže na prvý pohľad pôsobiť logicky.
Ak však v systéme pri spúšťaní, zatváraní armatúr alebo pri iných prechodových dejoch vznikajú tlakové špičky, môže byť snímač pravidelne vystavovaný hodnotám blízko svojho maxima alebo dokonca nad ním.
Treba preto poznať:
- normálny pracovný tlak,
- maximálny prevádzkový tlak,
- možné tlakové špičky,
- povolené preťaženie snímača.
Merací rozsah sa nemá voliť iba podľa jednej nominálnej hodnoty.
Chyba č. 4: zamieňanie meracieho rozsahu a odolnosti proti preťaženiu
Tieto dva údaje nie sú totožné.
Merací rozsah určuje oblasť, v ktorej má snímač poskytovať deklarované meracie vlastnosti.
Odolnosť proti preťaženiu určuje tlak, ktorý môže zariadenie za definovaných podmienok zvládnuť bez poškodenia.
To, že snímač dokáže krátkodobo prežiť vyšší tlak, neznamená, že je vhodné ho v tejto oblasti bežne prevádzkovať.
Chyba č. 5: nevhodné umiestnenie odberného miesta
Výsledok merania ovplyvňuje aj miesto, z ktorého tlak odoberáme.
Nevhodné môže byť napríklad miesto:
- s výraznými pulzáciami,
- v oblasti silných turbulencií,
- bezprostredne pri zariadení spôsobujúcom tlakové rázy,
- s problémovým hromadením kondenzátu alebo nečistôt.
Meracie miesto by malo reprezentovať tlak, ktorý skutočne potrebujeme poznať.
Zdanlivo malý rozdiel v umiestnení môže pri dynamickom procese znamenať podstatne odlišné prevádzkové podmienky.
Chyba č. 6: nesprávne vedené impulzné potrubie
Ak je tlakový prevodník umiestnený ďalej od hlavného potrubia, tlak sa k nemu môže privádzať impulzným vedením.
Pri pare treba počítať s tvorbou kondenzátu.
Nevhodné vedenie môže spôsobovať:
- vzduchové alebo parné kapsy,
- nerovnomerné hromadenie kondenzátu,
- pomalú odozvu,
- problémy pri odvzdušnení alebo odvodnení,
- dodatočnú hydrostatickú chybu.
Trasovanie impulzného vedenia preto nie je iba mechanická otázka.
Je súčasťou meracieho systému.
Chyba č. 7: zabudnutie na výškový rozdiel
Kvapalinový stĺpec vytvára hydrostatický tlak.
Ak sa medzi procesným odberom a tlakovým snímačom nachádza výrazný výškový rozdiel a impulzné vedenie je naplnené kondenzátom, tento tlak sa môže prejaviť vo výsledku.
Pri bežných aplikáciách môže byť jeho vplyv malý, ale pri presnom meraní alebo väčších výškových rozdieloch ho nemožno automaticky ignorovať.
Dôležitá je preto aj poloha snímača voči odbernému miestu.
Chyba č. 8: tlakové pulzácie a rázy sa neriešia
Parné systémy môžu byť dynamické.
Rýchle zmeny prevádzky, regulačné ventily alebo nevhodné prevádzkové stavy môžu vytvárať krátkodobé tlakové špičky.
Tie nemusia byť na bežnom displeji ani viditeľné.
Snímač ich však môže mechanicky zaznamenať.
Dlhodobé opakovanie tlakových špičiek môže viesť k:
- zmene nulového bodu,
- driftu,
- poškodeniu meracej membrány,
- skráteniu životnosti.
Preto treba pri problémových aplikáciách poznať aj dynamiku procesu, nie iba priemerný tlak.
Chyba č. 9: nevhodný materiál procesného pripojenia
Para môže pôsobiť ako relatívne jednoduché médium, ale podmienky konkrétnej prevádzky môžu byť výrazne odlišné.
Pri výbere treba preveriť:
- materiál meracej membrány,
- procesné pripojenie,
- tesnenia,
- sifón alebo impulzné vedenie,
- ventily a ďalšie armatúry.
Rozhodujúca nie je iba kompatibilita s vodou alebo parou, ale aj tlak, teplota a prípadné chemické látky prítomné v systéme.
Chyba č. 10: snímač je správny, ale príslušenstvo nie
Merací reťazec je iba taký odolný, ako jeho najslabší prvok.
Ak máme tlakový snímač vhodný napríklad pre vysoký procesný tlak, ale medzi ním a potrubím použijeme ventil, fiting alebo impulzné vedenie s nižšou prípustnou hodnotou, výsledné riešenie nie je správne dimenzované.
Treba preto kontrolovať parametre celého procesného pripojenia, nie iba samotného snímača.
Mechanický tlakomer alebo elektronický snímač?
V parných systémoch sa používajú obe riešenia.
Mechanický tlakomer
Výhodou je jednoduché lokálne zobrazenie bez potreby napájania.
Je vhodný napríklad na:
- lokálnu kontrolu,
- servis,
- vizuálne sledovanie procesu.
Elektronický tlakový snímač
Umožňuje prenášať hodnotu do:
- PLC,
- SCADA,
- regulácie,
- energetického monitoringu,
- nadradeného riadiaceho systému.
Bežným výstupom je napríklad 4–20 mA, prípadne digitálna komunikácia podľa konkrétneho zariadenia.
V praxi sa často používajú obe riešenia súčasne – lokálny tlakomer aj elektronický prevodník.
Absolútny alebo relatívny tlak?
Pri väčšine bežných priemyselných parných systémov sa pracuje s relatívnym tlakom, teda tlakom vztiahnutým k atmosférickému tlaku.
Nie vždy to však platí.
Pri výbere snímača treba preto vedieť, či aplikácia požaduje:
- relatívny tlak,
- absolútny tlak,
- prípadne diferenčný tlak.
Nesprávne zvolená referencia môže viesť k systematicky nesprávnej interpretácii merania.
Tlak a teplota pary spolu súvisia
Pri nasýtenej pare existuje jednoznačný vzťah medzi tlakom a teplotou.
To môže byť veľmi užitočné pri diagnostike procesu.
Ak nameraný tlak a teplota výrazne nezodpovedajú očakávanému stavu nasýtenej pary, môže ísť napríklad o:
- prehriatu paru,
- mokrú paru,
- chybu merania,
- nevhodné umiestnenie snímača,
- odlišné procesné podmienky.
Pre kvalitné vyhodnotenie parného systému preto môže byť vhodné sledovať tlak aj teplotu súčasne.
Ako by mala vyzerať správna meracia zostava?
Univerzálne zapojenie pre všetky aplikácie neexistuje, ale typická zostava môže pozostávať z:
procesného odberu → uzatváracej armatúry → vhodného sifónu alebo impulzného vedenia → príslušenstva → tlakového snímača
Konkrétne vyhotovenie musí zodpovedať:
- tlaku,
- teplote,
- typu pary,
- požadovanej presnosti,
- spôsobu údržby,
- montážnej polohe,
- požiadavkám konkrétneho výrobcu.
Čo treba poznať pred výberom snímača?
Pred návrhom merania tlaku pary odporúčame poznať minimálne:
- normálny pracovný tlak,
- maximálny tlak,
- možné tlakové špičky,
- teplotu pary,
- typ pary,
- požadovaný merací rozsah,
- požadovanú presnosť,
- procesné pripojenie,
- materiálové požiadavky,
- výstupný signál,
- okolitú teplotu,
- prípadné požiadavky Ex/ATEX.
Dôležitá je aj informácia, ako a kde bude snímač fyzicky namontovaný.
Zapamätajte si
Pri meraní tlaku pary nie je najväčším problémom samotný princíp merania tlaku, ale teplota a spôsob pripojenia snímača k procesu.
Tlakový snímač preto nemožno vyberať iba podľa údaja „0–10 bar“.
Treba posúdiť pracovný a maximálny tlak, tlakové špičky, teplotu pary, povolenú teplotu snímača, procesné pripojenie aj spôsob vytvorenia ochranného kondenzačného stĺpca.
Správne zvolený snímač môže zlyhávať, ak je nesprávne navrhnutá jeho montáž.
Záver
Meranie tlaku pary je dobrým príkladom toho, že kvalitu merania neurčuje iba presnosť samotného snímača.
Rovnako dôležitý je návrh odberného miesta, ochrana pred vysokou teplotou, správne vedenie impulzného potrubia, tlakový rozsah a odolnosť celého procesného pripojenia.
Dobre navrhnutá meracia zostava dokáže zabezpečiť stabilné a presné meranie počas dlhodobej prevádzky. Nesprávna montáž môže naopak výrazne skrátiť životnosť aj kvalitného tlakového snímača.
Spoločnosť REFLOW SK dodáva tlakové snímače, prevodníky a príslušenstvo pre priemyselné aplikácie a pomáha s návrhom vhodného meracieho rozsahu, materiálového vyhotovenia a spôsobu procesného pripojenia podľa konkrétnych prevádzkových podmienok.