nadajnik poziomu radaru pulsowego 7ML5432-0GC20-1AA0 7ML5 432-0GC20-1AA0 7ML5432-OGC2O-1AAO

Siemens 7ML5432-0GC20-1AA0 | SITRANS LR250 25 GHz radarowy transmiter poziomu z soczewką z polipropylenu na kołnierzu, DN100 PN10/16, zasięg 20m, 4–20mA / HART, obudowa aluminiowa

Przegląd

Siemens 7ML5432-0GC20-1AA0 to SITRANS LR250 skonfigurowany z polipropylenową soczewką z kołnierzem DN100 PN10/16 — dwuprzewodowy radarowy transmiter poziomu 25 GHz z impulsami, przeznaczony do ciągłego, bezkontaktowego pomiaru cieczy i zawiesin w przemysłowych zbiornikach procesowych i magazynowych.

W linii produktów LR250, wariant z polipropylenową soczewką jest preferowaną specyfikacją, gdy medium procesowe jest na tyle agresywne chemicznie, że atakuje stal nierdzewną, ale nie osiąga ekstremalnych temperatur, które wymagałyby materiałów soczewki PTFE lub TFM.

Szeroka odporność chemiczna polipropylenu na kwasy, zasady i wiele rozpuszczalników organicznych — w połączeniu z praktycznym limitem użytkowania około 80°C — sprawia, że ta konfiguracja jest odpowiednim narzędziem dla szerokiego zakresu zastosowań w magazynowaniu i procesach chemicznych, które wykraczają poza bezpieczny zakres standardowych instrumentów z elementami zwilżanymi przez metal.

Przy częstotliwości 25 GHz, SITRANS LR250 działa w paśmie K, które zapewnia węższy kąt wiązki i ostrzejsze skupienie sygnału niż instrumenty radarowe o niższej częstotliwości.

Kąt wiązki 10° polipropylenowej soczewki ogranicza emitowany stożek radarowy na tyle, aby uniknąć wewnętrznych przeszkód w zbiorniku — mieszadeł, drabin, wężownic grzewczych, słupów wsporczych — które powodowałyby fałszywe echa w instrumentach o szerszej wiązce, bez konieczności stosowania wąskich apertur anten milimetrowych.

Ta praktyczna geometria wiązki jest jednym z powodów, dla których seria LR250 znajduje tak szerokie zastosowanie w zbiornikach, które nie zostały zaprojektowane z myślą o pomiarach radarowych.

Zamknięta konstrukcja tuby falowodu całkowicie otacza antenę wewnątrz polipropylenowego korpusu.

Eliminuje to narażenie anteny na pary procesowe i kondensację, które atakowałyby nieosłoniętą metalową antenę w agresywnych środowiskach, i zapobiega działaniu ciśnienia procesowego na konstrukcję anteny — powierzchnia kołnierza stykająca się z procesem to płaska powierzchnia polipropylenowa bez wewnętrznej geometrii widocznej dla medium.

Rezultatem jest mechanicznie wytrzymały interfejs, który upraszcza czyszczenie, jest odporny na ataki chemiczne i utrzymuje dokładny pomiar nawet w zastosowaniach z kondensacją pary na powierzchni anteny.

Kluczowe specyfikacje

Soczewka polipropylenowa vs PTFE — właściwy wybór materiału

Polipropylenowa soczewka LR250 i warianty z soczewką PTFE/TFM obsługują nakładające się, ale odrębne przestrzenie zastosowań. Polipropylenowa soczewka wystaje dalej do wnętrza zbiornika niż płaska soczewka PTFE, która utrzymuje swoją powierzchnię na poziomie powierzchni kołnierza.

Ta geometria nadaje wariantowi polipropylenowemu odległość martwej strefy 50 mm mierzoną od powierzchni anteny — strefa najbliższa antenie, w której nie można zagwarantować niezawodnego przetwarzania echa.

W praktyce krytycznym parametrem dla większości zbiorników magazynowych jest użyteczny zakres pomiarowy, a głębokość pomiaru 20 m tej konfiguracji obejmuje pełną wysokość większości zbiorników do magazynowania cieczy masowych.

Tam, gdzie dwa typy soczewek się rozchodzą, jest temperatura. Soczewki PTFE i TFM obsługują temperatury procesowe do 170°C i są stosowane do pary, gorących płynów procesowych i reakcji chemicznych w podwyższonych temperaturach. Polipropylen jest ograniczony do 80°C, ale przynosi korzyści w zakresie kosztów i odporności chemicznej w zastosowaniach, gdzie temperatura nie jest ograniczeniem.

Do magazynowania kwasów, zbiorników z ługami, basenów do zbierania ścieków, zbiorników na chemikalia i większości zastosowań z płynami procesowymi w temperaturze otoczenia, wariant polipropylenowy jest odpowiednim i opłacalnym wyborem.

Komunikacja HART i integracja procesowa

Wyjście 4–20mA HART łączy prostotę konwencjonalnego dwuprzewodowego sygnału analogowego z możliwością komunikacji cyfrowej przez tę samą parę przewodów.

Wyjście 4–20mA bezpośrednio steruje podstawowym wskaźnikiem poziomu — karty wejść analogowych PLC odczytują poziom bez żadnej konfiguracji — podczas gdy warstwa cyfrowa HART zapewnia dostęp do wszystkich parametrów transmitera, danych diagnostycznych i zmiennych wtórnych (siła echa, stosunek sygnału do szumu, temperatura) do oprogramowania do zarządzania zasobami lub ręcznego komunikatora HART.

Konfiguracja i parametryzacja mogą być przeprowadzane za pośrednictwem interfejsu HART przy użyciu oprogramowania Siemens SIMATIC PDM lub standardowego oprogramowania do zarządzania urządzeniami HART, lub lokalnie za pomocą wbudowanego wyświetlacza i przycisków transmitera.

Interfejs lokalny jest na tyle prosty, że podstawowa instalacja poziomu — ustawienie odległości pustego i pełnego, wybór jednostek pomiarowych i potwierdzenie zakresu 4–20mA — nie wymaga żadnego zewnętrznego narzędzia, co jest ważne podczas początkowego uruchomienia w miejscach, gdzie dostęp do laptopa jest niepraktyczny.

Transmiter uruchamia się przy prądzie poniżej 3,6mA, poniżej poziomu zerowego 4mA, zapewniając, że warunek zimnego startu na początku sekwencji zasilania nie wywoła alarmu niskiego poziomu w podłączonym PLC lub DCS, zanim transmiter zakończy inicjalizację i rozpocznie pomiar.

Automatyczne tłumienie fałszywych ech i inteligencja soniczna

Jedną z najbardziej praktycznie wartościowych funkcji SITRANS LR250 jest funkcja automatycznego tłumienia fałszywych ech (AFES), będąca częścią przetwarzania echa Sonic Intelligence firmy Siemens.

Gdy transmiter poziomu jest zainstalowany w zbiorniku zawierającym stałe wewnętrzne struktury — rury wlotowe, wsporniki, wężownice grzewcze, połączenia wskaźników poziomu — struktury te odbijają impulsy radarowe z powrotem do anteny i mogą być błędnie zidentyfikowane jako powierzchnia cieczy.

W konwencjonalnych instrumentach radarowych zarządzanie tymi fałszywymi echami wymaga starannego pozycjonowania anteny i czasami fizycznych modyfikacji zbiornika.

AFES działa inaczej: podczas uruchamiania operator rejestruje profil echa zakłóceń zbiornika na poziomie referencyjnym.

SITRANS LR250 mapuje te stałe echa i filtruje je z kolejnych pomiarów, traktując je jako szum tła, a nie jako prawidłowe sygnały poziomu. 

Zarejestrowany profil pozostaje stabilny niezależnie od rzeczywistej zmiany poziomu cieczy w zbiorniku.

Oznacza to, że zbiornik z wieloma stałymi przeszkodami — które stanowiłyby wyzwanie dla prostszego instrumentu radarowego — może być uruchomiony bez specjalnych wymagań dotyczących lokalizacji i będzie mierzył niezawodnie, nawet gdy powierzchnia cieczy znajduje się blisko jednej z zarejestrowanych pozycji przeszkody.

Często zadawane pytania

P1: Kołnierz DN100 PN10/16 jest standardem europejskim (EN 1092-1). Czy ten transmiter można zamontować na króćcach kołnierzowych ASME B16.5?

Nie, bez adaptera. Kołnierz z podniesioną powierzchnią DN100 PN10/16 EN 1092-1 Typ B1 jest przykręcany bezpośrednio do kołnierzy zgodnych ze standardem europejskim. Kołnierze ASME B16.5 4" Klasa 150 mają inny rozstaw śrub i liczbę otworów na śruby.

Dla króćców z kołnierzami ASME, odpowiedni wariant z polipropylenową anteną SITRANS LR250 wykorzystuje połączenia kołnierzowe ASME B16.5 4" Klasa 150 — inny kod zamówieniowy w rodzinie 7ML5432.

Przed zamówieniem transmitera należy potwierdzić standard kołnierza króćca.

P2: Jaka jest minimalna stała dielektryczna (εr) wymagana do niezawodnego pomiaru tym transmiterem?

SITRANS LR250 wymaga stałej dielektrycznej większej niż 1,6 przy pomiarze z góry powierzchni cieczy w otwartym zbiorniku lub przy instalacji w rurze stabilizującej (która koncentruje sygnał i poprawia wydajność na mediach o niskiej stałej dielektrycznej).

Dla bezpośredniej instalacji w zbiorniku procesowym bez rury stabilizującej, zaleca się stałą dielektryczną powyżej 3 dla niezawodnego przetwarzania echa. Większość roztworów wodnych, kwasów, zasad i rozpuszczalników organicznych o wysokiej polarności ma stałe dielektryczne znacznie powyżej 3.

Lekkie węglowodory i niektóre rozpuszczalniki znajdują się poniżej tego progu i mogą wymagać instalacji w rurze stabilizującej lub alternatywnej technologii pomiarowej.

P3: Odległość martwej strefy wynosi 50 mm od powierzchni anteny. Czy to ogranicza maksymalny mierzony poziom?

Tak — strefa martwa (zwana również strefą bliską martwej strefy) reprezentuje obszar bezpośrednio poniżej anteny, gdzie przetwarzanie sygnału nie jest niezawodne. Dowolna powierzchnia cieczy w odległości 50 mm od powierzchni anteny nie może być zmierzona.

W większości zastosowań zbiorników magazynowych transmiter jest instalowany powyżej maksymalnego punktu alarmu wysokiego poziomu, więc powierzchnia cieczy nigdy nie zbliża się do strefy martwej podczas normalnej pracy.

Jednakże, w płytkich zbiornikach lub zbiornikach o bardzo ograniczonej wysokości króćca, ten parametr musi być uwzględniony w inżynierii instalacji, aby zapewnić, że maksymalny poziom pomiaru znajduje się poza strefą martwą.

P4: Polipropylenowa soczewka ma limit temperatury 80°C. Co się stanie, jeśli temperatura procesu sporadycznie przekroczy tę wartość?

Polipropylen mięknie i traci integralność mechaniczną powyżej około 80°C pod wpływem kombinacji temperatury i ciśnienia procesu.

Krótkie wycieczki termiczne nieznacznie powyżej 80°C mogą być tolerowane bez uszkodzeń w zależności od ciśnienia przy tej temperaturze, ale ciągła praca powyżej znamionowej temperatury grozi deformacją korpusu soczewki, utratą uszczelnienia ciśnieniowego na kołnierzu i degradacją dokładności pomiaru z powodu zmiany wymiarowej w geometrii anteny.

Dla zastosowań z temperaturami procesowymi regularnie przekraczającymi 80°C, odpowiednią specyfikacją jest wariant z zamkniętą tubą falowodu z soczewką PTFE lub TFM 1600 — o zakresie do 170°C.

P5: Czy SITRANS LR250 może mierzyć poziom zawiesin zawierających cząstki stałe, czy tylko czyste ciecze?

Radar nie jest wrażliwy na przejrzystość optyczną mierzonego medium — mierzy interfejs dielektryczny na powierzchni cieczy, a nie transmitowane światło lub dźwięk przez medium. W przypadku zawiesin, istotnym parametrem jest to, czy powierzchnia stanowi spójny interfejs dielektryczny dla odbicia radarowego.

Dobrze wymieszane zawiesiny o stosunkowo płaskiej powierzchni (nie gwałtownie wzburzone) mogą być generalnie mierzone przez SITRANS LR250. Zawiesiny z silnym tworzeniem piany na powierzchni mogą stanowić wyzwanie, ponieważ warstwy piany mogą tłumić sygnał radarowy lub odbijać się od powierzchni piany, a nie od rzeczywistego poziomu cieczy poniżej.

W zastosowaniach z pienieniem, diagnostyka przetwarzania echa — dostępna przez HART — pomaga ocenić, czy echo pomiarowe jest stabilne i śledzi prawidłową powierzchnię.