Ультразвуковой взрывозащищенный уровнемер: где применяется? 

Когда слышишь ?ультразвуковой взрывозащищенный уровнемер?, первое, что приходит в голову — нефтехимия, и всё. Но это лишь верхушка айсберга, и многие, даже в отрасли, недооценивают, где на самом деле эта штука становится незаменимой. Часто думают, что взрывозащита — это только для зон с открытым пламенем, а на деле главное — это пыль, пары, и те самые зоны, которые по классификации попадают под 0, 1, 2 и 20, 21, 22. И вот тут ультразвук, особенно в исполнении Ex, выходит на первый план, потому что он бесконтактный. Но и это не всё — есть нюансы, которые решаешь только на объекте.

Не только резервуары: неочевидные точки установки

Да, конечно, взрывозащищенный ультразвуковой уровнемер ставится на цистерны с бензином, сжиженным газом, на емкости с растворителями. Это база. Но я, например, сталкивался с проектом на лакокрасочном производстве. Там стоит бункер с порошковой краской — взвесь в воздухе страшная, зона 22. Установить контактный датчик — это постоянная проблема с налипанием и необходимость чистки, а значит, остановка линии. Ультразвук, висящий сверху, с сертификатом ATEX или IECEx для пылевых сред, решал вопрос. Но и тут был подводный камень — сама краска очень легкая, и отраженный сигнал был слабым. Пришлось подбирать модель с более узким лучом и усиленной чувствительностью, что-то вроде специализированных решений от ООО Шанхай Кэньчуань Прибор. На их сайте kenchuang.ru как раз видно, что у них в линейке есть модели, заточенные под сложные среды, не только под жидкость.

Еще один кейс — силосы с мукой или сахарной пудрой на пищевом комбинате. Опять же, взрывоопасная пыль. Температура среды комнатная, казалось бы, всё просто. Но внутри силоса при погрузке стоит такая завеса из частиц, что датчик начинал ?видеть? не реальный уровень продукта, а эту взвесь. Ложные срабатывания были постоянными. Решение оказалось в настройке порога подавления помех (так называемая функция ?ложного эха?) и в правильном угле монтажа. Это та самая ?ручная? работа, которую не опишешь в общих каталогах.

Или вот, например, хранилища пеллет для котельных. Дешевое топливо, но пыль от древесной муки — отличный топливный материал. Ставили обычный ультразвуковой датчик, но корпус был не той степени защиты. Конденсат попадал внутрь, зимой замерзал… В общем, через сезон попросили заменить на модель с подогревом мембраны и степенью защиты IP67 минимум. Это как раз к вопросу о том, что взрывозащита — это не только искробезопасная цепь, но и физическая стойкость корпуса к условиям среды.

Почему именно ультразвук, а не радар, в этих зонах?

Частый вопрос от технологов. Радар, конечно, точнее, особенно для жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью. Но когда речь идет о зонах с высоким классом взрывозащиты, особенно связанных с пылью, стоимость радарного датчика в соответствующем исполнении взлетает в разы. Ультразвуковой уровнемер часто становится компромиссным и более чем достаточным решением. Его точности в ±2-3 мм для большинства процессов сыпучих материалов или даже для контроля уровня в отстойниках с химикатами хватает за глаза.

Но есть и принципиальный момент. Для некоторых сред радар может быть избыточным. Допустим, контроль уровня известкового молока в баке. Среда абразивная, налипающая. Антенна радарного датчика, даже с фторпластовым покрытием, — дорогой узел. А ультразвуковая мембрана из специальных сплавов или с тефлоновым покрытием дешевле в замене, если что. Мы как-то ставили на такой объект датчики от ООО Уху Кэньчуань Прибор — у них в ассортименте, если смотреть на kenchuang.ru, как раз есть модели с антипригарным покрытием для сложных сред. И это сработало.

Однако не стоит думать, что ультразвук вездесущ. В вакууме или при высоком давлении пара над жидкостью (как в некоторых ректификационных колоннах) он бесполезен — волне не в чем распространяться или она сильно преломляется. Тут уже нужен другой принцип. Но это уже другая история.

Монтаж: где кроются главные ошибки

Самая распространенная ошибка — установить датчик прямо над загрузочным люком или рядом с входной горловиной. Кажется логичным — прямо над продуктом. Но при загрузке сыпучего материала возникает облако пыли, а для жидкости — брызги и турбулентность. Датчик начинает ?захлебываться? и либо выдает максимум, либо, что хуже, случайные значения. Приходится смещать точку установки, использовать отражательные панели или монтажные трубы (стальные трубы-обечайки). Но и труба — это волновод, в котором могут стоять паразитные волны. Приходится эмпирически подбирать длину или делать в ней прорези.

Еще один момент — вибрация. Если датчик стоит на крыше резервуара, куда ведет длинная лестница, и по ней постоянно ходят, вибрация передается на корпус. Для обычного датчика это может быть некритично, но для взрывозащищенного с тяжелым массивным корпусом (а он всегда тяжелее обычного из-за конструкции) это может вызвать микросдвиги и ошибки. Решение — виброизолирующие прокладки и жесткий кронштейн, который крепится не к тонкому листу крыши, а к силовому элементу.

И, конечно, электромонтаж. Казалось бы, раз есть сертификат Ex, просто подключаем в барьер безопасности и всё. Но на практике часто забывают про требования к сечению кабеля, к его экранировке и заземлению. Наводки от силовых линий, идущих рядом в лотке, могут создавать помехи в сигнальной петле 4-20 мА. Приходится перекладывать или использовать витую пару в отдельной металлорукаве.

Из практики: когда это не сработало

Был у меня опыт на мини-НПЗ, пытались контролировать уровень легких нефтепродуктов в плавающей крыше. Идея была в использовании ультразвукового уровнемера, чтобы измерять расстояние до самой крыши. Но крыша-то не идеально плоская, она деформируется, на ней лужи от дождя… Показания прыгали с метра на метр. Плюс, пары бензина под крышей создавали градиент температуры, влияющий на скорость звука. Компенсация по температуре датчика не помогала, потому что температура среды у крыши и у датчика отличалась. В итоге от ультразвука отказались в пользу механического тросового датчика во взрывозащищенном исполнении. Дорогой урок.

Другой случай — кислотная емкость. Датчик с тефлоновой мембраной вроде бы подходит. Но пары кислоты конденсировались на самой мембране, постепенно меняя ее свойства и ослабляя сигнал. Периодическая очистка была необходима, а это остановка процесса. Выход нашли в установке сдвоенной системы: основной ультразвуковой датчик + простейший сигнализатор уровня в качестве резерва и для калибровки ?по месту?.

Эти неудачи важны. Они показывают, что никакой, даже самый продвинутый прибор, не является волшебной палочкой. Всегда нужен анализ реальных условий: что внутри, какие пары, какая температура, есть ли движение среды, пена, пыль, налипание.

Выбор поставщика и что смотреть помимо цены

Когда выбираешь взрывозащищенный ультразвуковой уровнемер, первое, на что смотришь — сертификаты. Без российского сертификата ФСБ или декларации ТР ТС/ЕАЭС на оборудование для взрывоопасных зон сейчас никуда. Потом уже смотришь на технические характеристики: диапазон, угол излучения, рабочую температуру (и датчика, и среды), материал мембраны и корпуса.

Но есть вещи, которые в паспорте не пишут. Например, насколько стабильна электроника при длительной работе в условиях перепадов температур от -40°C зимой на улице до +60°C летом на солнце. Или как быстро служба поддержки реагирует на запросы по настройке. Мы, например, часть оборудования берем у уже упомянутых ООО Шанхай Кэньчуань Прибор и ООО Уху Кэньчуань Прибор. Почему? Потому что у них, судя по сайту kenchuang.ru, внятно прописана линейка именно полевых приборов — от датчиков давления до радарных и магнитных уровнемеров. Это говорит о том, что компания фокусируется на этой теме, а не делает ?все подряд?. И по опыту, их инженеры могут дать консультацию именно по монтажу в сложных условиях, а не просто сбросить PDF-каталог.

Важный момент — наличие готовых монтажных комплектов: кронштейнов, обечаек, защитных кожухов. Это экономит массу времени на объекте. И, конечно, гарантия. Хороший признак, когда гарантия распространяется не только на заводской брак, но и учитывает работу во взрывоопасных зонах при соблюдении условий монтажа.

В итоге, возвращаясь к вопросу ?где применяется?. Применяется там, где есть риск, но нужен простой, надежный и относительно недорогой контроль. От элеваторов и комбикормовых заводов до цехов фармацевтики с использованием спиртов и химических производств с летучими растворителями. Главное — четко понимать физику процесса внутри емкости и не экономить на правильном монтаже. Тогда ультразвуковой взрывозащищенный уровнемер отработает свои годы без проблем. А если сомневаешься — лучше позвать того, кто уже наступал на эти грабли. Их, поверьте, немало.