Buhar Kazanları Otomasyonunda Kullanılan Seviye ve Akış Ölçüm Cihazları

👤Elif Sarıhan, Ürün Yöneticisi – Endress+Hauser
Buhar kazanları atmosfer koşullarından daha yüksek buhar basıncına sahip buhar elde etmek için kullanılır. Basınçla birlikte buharın kaynama sıcaklığı ve taşıdığı enerji de artmaktadır. Başlıca iki tip buhar kazanı vardır: * Su borulu kazan * Silindirik borulu kazan Buhar kazanları hemen hemen bütün endüstrilerde kullanılmaktadır. Enerji taşıyıcısı olarak buhar kullanımı özellikle elektrik santralleri, rafineriler ve kimyasal tesislerde yaygındır. Ayrıca gıda, tekstil ve daha birçok endüstride de buhar kazanları önemli rol almaktadır. Buhar kazanlarında kılavuzlu radar ile seviye ölçümü Buhar kazanlarında proses şartları, kullanılan kazan tipi ve kazanın nasıl çalıştığına göre değişmekle beraber 300°C sıcaklık ve 100 bar basınç gibi yüksek değerlere ulaşabilmekte, hatta sıklıkla bu değerlerin de üzerine çıkmaktadır. Buhar kazanlarında seviye ölçümü, kılavuzlu radar cihazlarıyla yapılabilmektedir. Kılavuzlu radar ölçüm prensibinde mikrodalga pulsları ölçüm yüzeyine doğru ölçüm çubuğu boyunca kılavuzlanmaktadır. Atmosferden ölçüm yüzeyine geçerken dielektrik sabitinin değişmesi yüksek frekanslı mikrodalga pulslarının alıcıya doğru yansımasına sebep olur. Yayılma hızı bilindiği için pulsların geçiş süresinden seviye bulunmaktadır. Mikrodalga pulslarının özelliğine bağlı olarak, ürün ve aşağıdaki proses şartlarından etkilenmemektedirler: • Yoğunluk değişimi • İletkenlik • Ürün değişimi (DK değeri >1.4) • Buhar • Gaz katmanı • Sıcaklık dalgalanmaları Kılavuzlu radar cihazlarının montajı koaksiyel versiyonda tank içerisine serbestçe ya da çubuk versiyonda kılavuzlu boru veya bypass içerisine yapılabilir. Sıvıların yoğunluğu sıcaklıkla değişmektedir. Bu nedenle yoğunluğa bağlı olarak geleneksel yöntemlerle (şamandıra ve fark basınç transmiterleri) yapılan ölçümler sıcaklık değişimlerinden etkilenmektedir. Gaz fazı kompanzasyonu Genel olarak mikrodalga yayılım hızı sıcaklık, basınç ve gaz katmanlarından etkilenmez. Ancak belli şartlarda gaz fazının dielektrik sabiti; su, çözeltiler, amonyum gibi polar ürünlerle önemli ölçüde değişmektedir ve ölçümü yapılacak sıvının üzerindeki gaz-buhar karışımında mikrodalga sinyallerinin yayılma hızını düşürmektedir. Bunun sonucu olarak da aşağıdaki tabloda görüldüğü üzere özellikle 20 bar basınç ve 212°C sıcaklıktan sonra seviye normalden daha düşük hesaplanmaktadır ve hata oranları %4 ile %76 arasında değişebilmektedir. Özel yazılım algoritmasıyla beraber verilen referans probu, ölçülen seviye değerini düzeltir ve böylece doğru ölçüm sonuçları elde edilir. Bütün gaz fazlarında aşağıdaki değer aralıklarında bile hassas ve güvenilir ölçüm yapıldığı garanti edilmektedir: Sıcaklık: -200 ila +450 °C Basınç: -1 ila +400 bar Gaz fazı kompanzasyon fonksiyonu bypass ya da kılavuz borulardaki çubuk problar ya da koaksiyel problar için kullanılabilir. Yasal çerçeve Levelflex FMP54 kılavuzlu radar ölçüm sistemi, IEC 61508/61511 (SIL 2) ile uyumludur ve EN12952/12953’e göre buhar kazanı onayı bulunmaktadır. Minimum (LW) ve maksimum (HW) su seviyesi ölçümlerinde, kılavuzlu radar ölçüm yöntemi yoğunluk değişimlerinden etkilenmediği için hassas ve güvenilir bir limit seviye ölçümü sağlamaktadır. Ayrıca aynı cihaz sürekli seviye kontrolünde ve gösterge olarak da kullanılabilmektedir. Buhar kazanları için Avrupa standartları ilk defa 2007 yılının Eylül ayında ortaya çıkmış ve Avrupa Birliği için yasal olarak bağlayıcı olmuştur. Standartlar su borulu kazanlar için EN12952 ve silindirik borulu kazanlar için EN12953’tür. TRD 604 (Buhar Kazanları için Alman Teknik Yönetmelikleri) gibi önceki standartlar da yeni düzenle yer değiştirmiştir. 1oo2 (one out of two) mimarisine göre ölçüm cihazları EN12952/ 12953’e uygun olarak yedekli olmalıdır. Sistemin çalışabilirliği için katı koşullar gerektiği taktirde 2oo3 (two out of three) mimarisine geçilmelidir. Proses endüstrisinde buhar kazanlarında seviye ölçümü tesis operatörleri için kritik bir ölçümdür. Güvenlik nedeni ile buhar kazanının kapatılmasına sebep olan bir cihaz arızası oldukça yüksek maliyetli bir durumdur. Bu sebeple, cihaz bulunma durumunun en yüksek öncelikli olduğu durumlarda, Endress+Hauser 2oo3 mimarisini önermektedir. Buhar kazanlarında enerji hesabı Memograph M, ölçümü yapılan proses parametrelerinin kayıt edilmesi, görselleştirilmesi, analiz edilmesi ve haberleştirilmesi için kullanabileceğiniz dijital bir kayıt cihazıdır. 20 adede kadar analog ve 14 adede kadar dijital giriş yapabileceğiniz, 12 adet röle çıkışı alabileceğiniz, 7” TFT ekranı ile proses şemalarını izleyebileceğiniz, Ethernet, Profibus ya da modem (analog / GSM / GPRS) ile bağlanabileceğiniz, entegre web server içeren bu cihazın tele alarm, batch, matematik ve enerji yazılımlarından oluşan 4 farklı versiyonu da mevcuttur. Bütün datalar 256 MB dahili hafızasında ve ayrıca SD veya USB kartında saklanabildiği için cihaz bakım gerektirmeyen, sağlam ve güvenilir bir platform sunmaktadır. Son yıllarda oldukça önem kazanan enerji verimliliği uygulamaları kapsamında, buhar kazanları izleme ve kazan verimliliğinin hesabı konusunda da özel bir yazılıma sahip olan Memograph M cihazına, buhar kazanına giren besleme suyu, yakıt ya da doğal gaz debi değerleri ile kazandan çıkan buhar ve kondensat debileri girilerek enerji hesapları ve dolayısı ile kazan verimliliği hesapları yaptırılabilmektedir. Bu özel yazılım sayesinde aynı anda birden fazla kazan için verimlilik hesabı yapılabildiği gibi, kazan bir şema üzerinde cihazın ekranında gerçeğine çok yakın bir şekilde gösterilebilmektedir. Debi ölçümü Kontrol edebilmek için önce ölçmek gerekir. Endress Hauser hava, buhar, doğal gaz, su debilerini ölçen 5 farklı prensipte cihazlara sahiptir. Buhar kazanlarında en çok vorteks, termal ve elektromanyetik tip debimetreler kullanılmaktadır. Vorteks debimetre Vorteks debimetreler oldukça sağlam yapıdadır ve bu çok yönlü cihazlar sıvı, gaz ve buhar akışını ölçmek için kullanılır.Çoğunlukla enerji ve ısı hesaplamaları için bir akış bilgisayarı, basınç transmitteri ve sıcaklık sensörleri ile beraber set halinde kullanılır. Uzun süre kararlılığı ve tekrarlanabilirliği yüksektir. Bugüne kadar 250.000’den fazla vorteks debimetre monte edilmiştir. Düşük basınç kayıpları ve yüksek ayarlanabilirliği (gaz ve sıvılarda 10:1 den 30:1; sıvılarda 40:1) sayesinde her zaman tercih edilmektedir. Kütle ve enerji ölçümlerinde içerisinde entegre sıcaklık sensörü ve akış bilgisayarı bulunan versiyonları mevcuttur. DN15 ile DN300 arasındaki çaplarda mevcut olup maksimum 250 bar proses basıncına ve -200 ile 400°C arasında sıcaklık değerlerine dayanıklıdır. Termal debimetre Termal debimetreler son yıllarda gaz uygulamalarındaki başarısı sebebiyle sıklıkla tercih edilen bir model olmuştur. Diğer prensipteki debimetrelere oranla çok düşük akış hızlarında ve proses basınçlarında yüksek hassasiyet ile ölçüm yapabilmektedir. Cihazdan kütlesel akış ve sıcaklık değerleri eş zamanlı olarak alınabilmektedir. Kaçak algılama uygulamaları için uygundur. Daldırma tip olduğu için özellikle yüksek boru çaplarında fiyatı çok uygun kalmaktadır. Ayarlanabilirliği çok yüksektir (100:1). Basınç kayıpları 2mbar’ın altında olduğu için yok denilecek kadar azdır. Basınçlı hava ve doğal gaz gibi akışkanların direkt olarak kütlesel akışını verir. DN15 den DN1500’e kadar olan çaplar için uygun olup maksimum 40 bar proses basıncına ve -40 ile 130°C arasında sıcaklık değerlerine dayanıklıdır. Elektromanyetik debimetre Soğutma suyu ve sıcak su gibi iletken sıvılarda birkaç litreden 100.000 m3/h akışa kadar geniş bir yelpazede ölçüm yapabilen elektromanyetik debimetreler 20 yılı aşkın süredir bütün endüstrilerde kendini kanıtlamıştır. Tekrarlanabilirliği ve güvenilirliği oldukça yüksektir. Uzun dönem kararlılık gösterir ve bugüne kadar 1.000.000’dan fazla debimetre monte edilmiştir. Akışı engelleyecek herhangi bir mekanik parça içermez. Akış bilgisayarı ve sıcaklık sensörleriyle beraber ısı transferi uygulamalarında başarıyla kullanılmaktadır. Bütün iletken sıvıların akış değerlerini volumetrik olarak ölçebilir. DN2’den DN2000’e kadar bütün çaplarda üretilebilir. Çalışma basıncı maksimum 40bar, çalışma sıcaklığı ise -40 ile 180°C arasındadır.