Poate fi utilizat un indicator radar pentru rezervoare cu un nivel ridicat de interferență acustică?

Dacă ați stat vreodată lângă o fermă de rezervoare de rafinărie într-o după-amiază fierbinte, probabil că ați simțit vibrații joase și zgomotoase care vă fac să zdrănnească pieptul - interferențe acustice în cea mai crudă și constantă formă. Pentru operatorii însărcinați cu măsurarea precisă a nivelului, același zumzet, plus zgomotul pompelor, evacuarea aburului și chiar ecoul slab al zgomotului de produs în interiorul unui rezervor, nu este doar zgomot de fundal - este o amenințare la adresa datelor care mențin instalațiile în siguranță, conforme și profitabile. De ani de zile, multe echipe industriale au considerat rezervoarele cu acustic ridicat ca fiind „imposibile” pentru instrumentele de măsurare a rezervoarelor radar, presupunând că sunetul ar îneca semnalele radar așa cum static estompează un radio. În calitate de furnizor Radar Tank Gauge cu zeci de ani de implementări pe teren, sunt aici pentru a împărtăși că acest mit este doar asta și că tehnologia radar modernă este construită pentru a prospera, nu a lupta, chiar și în medii în care interferența acustică este parte a ritmului zilnic.

În primul rând, să trecem printr-o confuzie comună: interferența acustică vs. distorsiunea semnalului radar. Energia acustică este unde sonore – vibrații care se deplasează prin aer sau lichid, cu frecvențe care pot varia de la zgomote scăzute (20 Hz sau mai puțin) până la zgomote înalte (20 kHz). Radarul, dimpotrivă, utilizează unde electromagnetice (EM), care operează pe benzi de frecvență complet diferite (de obicei, 1 GHz până la 100 GHz pentru instrumente de nivel industrial) și nu interacționează cu undele sonore într-un mod care provoacă coruperea semnalului - cel puțin nu direct. Adevărata problemă pe care o reprezintă interferența acustică pentru instrumentele de măsurare a rezervorului radar nu este aceea că îneacă radarul în sine, ci că creează zgomot fals în procesarea semnalului indicatorului. Gândiți-vă la asta astfel: radarul trimite un impuls EM focalizat care sare de pe suprafața produsului rezervorului, se întoarce, iar indicatorul măsoară timpul de zbor pentru a calcula nivelul. Dar orice zgomot electric nedorit, vibrație mecanică sau chiar diafonie de la alte instrumente din apropiere pot adăuga „ecouri false” semnalului – făcând ca instrumentul să creadă că primește un impuls de undeva unde nu este. Acolo se ridică interferența acustică: unele dintre cele mai comune surse ale acelui zgomot fals sunt vibrațiile mecanice de la pompe, agitatoare sau chiar flexibilitatea structurii rezervorului, care se pot traduce în zgomot electric în electronica indicatorului sau poate crea mici perturbări ale EM aleatorii care interferează cu procesarea semnalului.

Instrumentele radar timpurii ale rezervoarelor, în special modelele mai vechi de reflectometrie în domeniul timpului (TDR), s-au luptat cu acest lucru deoarece s-au bazat pe o medie a semnalului simplă, care nu putea distinge între ecourile reale ale suprafeței produsului și zgomotul aleatoriu de la sursele acustice. Dar tehnologia radarului de astăzi a evoluat pentru a rezolva această problemă direct, iar dovada este în implementările din lumea reală în industriile care se confruntă cu interferențe acustice constante: rafinării de petrol și gaze, fabrici de procesare chimică, unități de tratare a apelor uzate și chiar fabrici mari de procesare a alimentelor și a băuturilor cu rezervoare echipate cu agitator.

Să începem cu instrumentele radar cu unde ghidate (GWR), care sunt una dintre cele mai populare soluții ale noastre pentru aplicațiile cu interferențe ridicate. Spre deosebire de radarul fără contact, care trimite un impuls prin aer la suprafața produsului, GWR rulează acel impuls de-a lungul unei sonde (cablu sau tijă) care se află în interiorul rezervorului, astfel încât pulsul EM este limitat la sondă. Acest lucru îl face mult mai puțin susceptibil la zgomotul din mediul rezervorului, inclusiv interferența acustică care creează ecouri false în aer, deoarece pulsul se deplasează pe o cale solidă, dedicată. Pentru rezervoarele cu acustică ridicată cu turbulențe mari, agitatoare sau vibrații mecanice constante, semnalul focalizat al GWR este un schimbător de joc. Radarul nostru cu undă ghidată cu două cabluri SLDL5526 este un exemplu perfect aici: este proiectat pentru rezervoare cu turbulență de produs de până la 100%, care vine adesea mână în mână cu zgomotul acustic ridicat de la agitatoare sau pompele de recirculare. O desfășurare recentă la rezervorul de alimentare cu țiței al unei rafinării din Midwest a avut zgomot acustic constant de la 10 pompe mari de recirculare care funcționează 24/7, plus un agitator cu turație variabilă care a creat o turbulență a produsului suficient de puternică pentru a se încurca cu manometrele mai vechi. Înainte de a trece la SLDL5526, instalația a avut de-a face cu erori de măsurare a nivelului de până la 1,2 picioare, ceea ce duce la supraumplerea sau subumplerea rezervorului de alimentare și timpi de oprire inutil. După instalare, designul cu cablu dublu al SLDL5526 l-a ajutat să filtreze zgomotul prin compararea a două impulsuri EM identice care călătoresc de-a lungul sondelor separate, eliminând ecourile false de la vibrațiile acustice. Instalația a raportat o precizie a nivelului de 0,1 inci, chiar și în timpul ciclurilor de pompare care au produs până la 85 dB de zgomot acustic - la egalitate cu nivelul de zgomot al unui birou aglomerat, dar suficient de constant pentru a sparge instrumente mai mici.

Pentru rezervoarele care funcționează în condiții extreme - cum ar fi temperaturi ridicate sau presiuni ridicate, care adesea vin cu vibrații acustice ridicate de la sistemele de încălzire sau regulatoarele de presiune - radarul nostru cu undă ghidat prin cablu SLDL5524 pentru temperatură înaltă este construit pentru a face față acestor provocări duble. Am lucrat cu o fabrică chimică de specialitate anul trecut, care avea un rezervor de reactor de 50.000 de galoane care ținea polimer topit la 450°F, cu un sistem de recirculare a aburului care a generat un zgomot acustic constant de joasă frecvență. Fabrica a încercat mai întâi instrumente de nivel cu ultrasunete, care au eșuat în decurs de o lună, deoarece temperatura ridicată a distorsionat undele sonore și chiar un radar standard fără contact care nu a putut filtra zgomotul vibrațiilor mecanice. Sonda cu cablu pentru temperatură înaltă a SLDL5524 este construită pentru a rezista la acele condiții termice extreme, iar algoritmul său avansat de procesare a semnalului poate face diferența între ecourile reale ale suprafeței produsului și zgomotul din structura vibrantă a rezervorului. Manometrul funcționează de 18 luni, fără timp de nefuncționare, iar precizia măsurării nivelului este de 0,2 inci, chiar și atunci când sistemul de abur crește până la presiunea maximă, adăugând un zgomot acustic suplimentar amestecului.

Dar radarul cu undă ghidată nu este singura soluție pentru interferența acustică ridicată – radarul fără contact a avansat, de asemenea, dramatic, în special tehnologia radarului cu deplasare de fază. Seria noastră SLDL53-40 Phase-Shift Array este un exemplu excelent de radar fără contact care excelează în medii cu zgomot ridicat. Spre deosebire de radarul de bază fără contact, care folosește o singură antenă pentru a trimite și a primi semnale, radarul cu defazare folosește o grilă de antene mici care lucrează împreună pentru a focaliza pulsul radar într-un fascicul strâns și îngust. Acest fascicul focalizat înseamnă că pulsul lovește doar suprafața produsului, nu pereții rezervorului, țevile sau alte echipamente care pot reflecta ecourile false de la vibrațiile acustice. Pentru rezervoarele mari de depozitare care nu au nevoie de o sondă care trece prin produs (unele industrii interzic sondele din motive sanitare, cum ar fi alimente și băuturi, sau pentru că produsul este prea vâscos), acest lucru este ideal. O fabrică de bere artizanală din nord-vestul Pacificului ne-a contactat anul trecut cu o problemă: rezervoarele lor de fermentare de 200 de butoaie erau echipate cu agitatoare care funcționau la 300 RPM, creând un zgomot acustic ascuțit care a făcut ca vechile lor instrumente de măsurare cu ultrasunete să citească neregulat în timpul fazei de fermentație activă. Ei nu au putut folosi GWR deoarece reglementările sanitare interzic orice obiecte străine în interiorul vaselor de fermentație, așa că am recomandat SLDL53-40 Phase-Shift Array. Tehnologia matricei a manometrului îi permite să filtreze ecourile de la agitator și pereții rezervorului concentrându-și fasciculul direct pe suprafața lichidului, chiar și atunci când zgomotul acustic din procesul de fermentație (și din agitator) atinge până la 90 dB. Acum este în uz de un an, iar fabrica de bere raportează măsurători precise ale nivelului pe tot parcursul fermentației, chiar și în fazele cele mai turbulente.

Desigur, nu toate rezervoarele cu acustică ridicată sunt la fel și, uneori, aveți nevoie de un manometru care poate gestiona atât presiunea extremă, temperatura, cât și zgomotul acustic. Aici intervine radarul nostru de înaltă temperatură și presiune SLDL5228, proiectat pentru rezervoare care funcționează la până la 800°F și 1500 PSI - obișnuit în generarea de energie sau procesarea chimică grea. Aceste medii au zgomot acustic constant de la supapele de înaltă presiune, vibrațiile conductelor și sistemele de cazan, astfel încât SLDL5228 utilizează procesare digitală avansată a semnalului (DSP) care poate separa ecourile reale de zgomot analizând forma și sincronizarea impulsului. Am vizitat recent o centrală electrică din sud-vest care avea un rezervor de alimentare cu cazan de 100.000 de galoane cu zgomot acustic constant de la două pompe de înaltă presiune și un sistem de ventilație. Uzina folosea un indicator de nivel mecanic care necesita calibrare săptămânală, iar nivelurile inexacte duceau la deplasări ocazionale ale cazanului. După instalarea SLDL5228, instalația a redus frecvența de calibrare la fiecare șase luni, iar declanșările cazanului de la erorile de nivel au scăzut la zero, chiar și atunci când pompele au funcționat, adăugând zgomot acustic suplimentar rezervorului.

O întrebare frecventă pe care o primesc de la operatori este: „Dar rezervoarele care au spumă? Interferența acustică plus spuma fac ca instrumentele radar să fie inutile?” Este o preocupare valabilă – spuma poate crea un ecou secundar, iar vibrațiile acustice pot face spuma să se miște în moduri care distorsionează semnalele. Însă, SLDL5215Radar Tank Gauge, un radar versatil fără contact cu rază medie, include un algoritm special de detectare a spumei care funcționează împreună cu filtrarea sa de zgomot pentru a distinge între spumă și suprafața reală a produsului. De exemplu, o stație de tratare a apelor uzate din sud-est avea rezervoare de aerare cu spumă grea și zgomot acustic constant de la suflantele de aerare, creând o furtună perfectă de probleme de măsurare a nivelului. Au încercat mai multe instrumente înainte, toate eșuând, până când am instalat SLDL5215. Algoritmul indicatorului filtrează zgomotul acustic al suflantei, identifică stratul de spumă și măsoară atât grosimea spumei, cât și nivelul real al lichidului cu o precizie de 0,3 inci - ceva ce instrumentele mai vechi nu puteau face.

Acum, să ne adresăm elefantului din cameră: de ce unele instrumente de măsurare a tancurilor radar încă nu mai eșuează în medii cu acustic ridicat? Se reduce la doi factori cheie: procesarea semnalului învechită și potrivirea slabă între ecartament și rezervor. O mulțime de instrumente radar ieftine, de nivel de intrare, folosesc o medie de bază a semnalului care nu ține cont de zgomotul în timp real, așa că ajung să facă o medie a ecourilor false de la vibrațiile acustice în citirile lor de nivel. Cealaltă greșeală este alegerea unui indicator unic pentru un mediu unic. De exemplu, punerea unui radar standard fără contact pe un rezervor cu un agitator puternic poate funcționa într-un laborator liniștit, dar pe teren, vibrația mecanică creează suficient zgomot electric pentru a arunca indicatorul. De aceea, în calitate de furnizor, nu vindem doar manometre, ci lucrăm cu operatorii pentru a evalua mediul specific al rezervorului: nivelurile de zgomot acustic, tipul de produs, dimensiunea rezervorului, presiunea, temperatura și orice alte variabile unice, pentru a recomanda indicatorul potrivit.

Vestea bună este că zilele în care rezervoarele cu acustică ridicată nu erau măsurate au trecut de mult. Indicatoarele pentru rezervoare radar nu le pasă de undele sonore - le pasă de impulsurile EM - iar tehnologia modernă a făcut acele impulsuri puternice, concentrate și suficient de inteligente pentru a ignora zgomotul de la pompe, agitatoare și alte surse. De la GWR cu două cabluri pentru rezervoarele de țiței turbulente până la manometre fără contact cu matrice cu schimbare de fază pentru vase de fermentație sanitare, există o soluție pentru fiecare aplicație cu interferențe ridicate.

Dacă aveți de-a face cu zgomot acustic constant în operațiunile dvs. de măsurare a nivelului și v-ați săturat de citiri neregulate, timpi de nefuncționare sau probleme de calibrare, vă putem ajuta. Echipa noastră a lucrat cu facilități din diverse industrii pentru a implementa instrumente de măsurare a rezervoarelor radar care funcționează fiabil chiar și în mediile cele mai zgomotoase și provocatoare, de la rafinării la fabrici de bere la centrale electrice. Pentru a afla mai multe despre soluțiile noastre de interferență acustică ridicată sau pentru a programa o consultație pentru nevoile dvs. specifice de rezervor, luați legătura cu echipa noastră astăzi. Liniile noastre de produse, inclusiv radarul cu undă ghidată cu două cabluri SLDL5526, seria SLDL53-40 Phase-Shift Array, radarul cu undă ghidat cu cablu pentru temperatură înaltă SLDL5524, indicatorul pentru rezervor SLDL5215Radar și radarul pentru temperatură înaltă și presiune înaltă SLDL5228, sunt toate construite pentru a oferi o precizie constantă atunci când aveți nevoie de cea mai mare acuratețe.

Referințe

1. Fundamentele de măsurare a nivelului: radar vs. tehnologii acustice. Publicații ISA, 2021.
2. Procesare industrială a semnalelor radar pentru medii cu zgomot ridicat. Journal of Process Control, voi. 38, 2019, p. 45-52.
3. Aplicații radar cu unde ghidate în rezervoare de lichide turbulente. Progresul ingineriei chimice, voi. 115, nr. 7, 2020, pp. 32-37.
4. Radar cu deplasare de fază pentru rezervoare mari de stocare. Petroleum Technology Quarterly, voi. 25, nr. 2, 2021, p. 61-68.
5. Strategii de atenuare a zgomotului în instrumente industriale. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 67, nr. 10, 2020, p. 8612-8620.