Готовность к будущему: ультразвуковые средства измерения расхода в факельных установках

Экологические требования во многих отраслях промышленности по всему миру становятся всё более строгими. В нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности ультразвуковая технология уже на протяжении многих лет является привычным решением. Теперь же всё большее значение приобретают усиление нормативного давления и ужесточение требований к отчётности.

Это существенно влияет на потребность в надёжном измерении факельного газа и доступности данных даже в сложных условиях эксплуатации. Если для нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической отраслей нормативные требования уже определены, то во многих других сферах также наблюдается активный поиск технических решений для соответствия будущим экологическим требованиям. Особенно в части отчётности ультразвуковая технология обеспечивает множество преимуществ по сравнению с другими технологиями.

Ультразвуковое измерение расхода является хорошо зарекомендовавшей себя технологией в области измерения расхода жидкостей. Область применения охватывает задачи коммерческого учёта, измерения расхода факельного газа и экологического контроля выбросов. В основе работы ультразвуковых расходомеров лежит измерение разности времени прохождения акустического сигнала по направлению потока и против него, на основании чего определяется средняя скорость потока. Под «средней скоростью потока» понимается скорость, усреднённая по поперечному сечению трубопровода.

Одной из ключевых задач измерения факельного газа является точный учёт выбросов парниковых газов. В последние годы внимание к точности измерения парниковых газов существенно возросло. Платежи и налоги за загрязнение воздуха постоянно увеличиваются. Таким образом, увеличивается необходимость точных и доступных измерений. Работа в сложных условиях измерения факельного газа предъявляет высокие требования к измерительной технике в нефтегазовой, химической и нефтехимической промышленности:

• скорости газа от 0 м/с до 120 м/с;
• быстрые изменения скорости газа;
• быстро изменяющийся состав газовой смеси (природный газ, водород, диоксид углерода и т. д.).

Обеспечение работоспособности измерений при максимально высоких скоростях газа является одной из ключевых характеристик системы измерения факельного газа. Инновационная технология ASC (Active Sound Correlation т. е. активная корреляция звука) расширяет ранее доступный диапазон максимальных расходов до 30 %. Технология ASC сопоставляет скорость газа с характерными для конкретного применения акустическими шумами, возникающими при высоких скоростях потока. В этом случае датчик работает как микрофон. Запатентованная технология ASC таким образом обеспечивает ещё более полную фиксацию возможных вариантов поведения факельного газа.

Интеграция программного и встроенного ПО открывает широкий набор новых функций и преимуществ: система самоконтроля предоставляет ценную информацию о состоянии прибора, отображает тренды и фиксирует значимые изменения параметров. При этом ошибки приложения выявляются и документируются в режиме реального времени, что позволяет исключить длительные процедуры поиска и устранения неисправностей. По запросу система выполняет самопроверку и фиксирует текущее техническое состояние. Таким образом, пользователи получают простой инструмент формирования документации, подтверждающей соблюдение нормативов по выбросам. Всё это делается дистанционного, без выезда сервисного специалиста на объект. Это существенно снижает эксплуатационные риски, а также повышает уровень промышленной безопасности.

Системы самоконтроля, такие как i-diagnostics™, поддерживают переход от обслуживания по регламенту (по времени) к обслуживанию по состоянию, что приводит к сокращению числа сервисных интервалов и, соответственно, снижению затрат на техническое обслуживание.

Расходомеры факельного газа с ультразвуковой технологией применяются в различных областях с разными требованиями, поэтому для подбора оптимального решения необходим глубокий анализ отдельных задач и условий эксплуатации. Например, в нефтеперерабатывающей промышленности действующие требования EPA США предусматривают минимальную теплотворную способность зоны сгорания на уровне 270 БТЕ/ст. фут куб. Также требуется соблюдение параметра разбавления по чистой теплотворной способности NHVdil ≥ 22 БТЕ/фут кв. для всех факелов с паровой поддержкой. При этом необходимо обеспечивать высокую эффективность сгорания. Для выполнения этих требований и поддержания необходимого уровня температуры сгорания ультразвуковые расходомеры газа также могут использоваться для управления подачей пара.

Новый расходомер факельного газа FLOWSIC100 Flare-XT доступен в трёх разных вариантах исполнения. Все варианты исполнения доступны в качестве измерительной системы с 1 или 2 измерительными трассами. В конфигурации с любым количеством измерительных трасс доступен поперечный монтаж в газоходе и системы с зондами с одной форсункой. Исполнение с зондом подходит для компактного одностороннего монтажа, что позволяет минимизировать объём монтажных работ. Вариант исполнения с двумя измерительными трассами обеспечивает высокую точность измерений даже при сложных профилях потока и обеспечивает резервирование измерения. Механизм выдвижения прибора также позволяет выполнять замену датчиков просто и быстро без остановки технологического процесса. Мощный интерфейсный блок благодаря широкому набору интерфейсов легко интегрируется в различные системы и сети.

Интерфейсный блок обрабатывает входные сигналы и рассчитывает такие параметры, как молекулярная масса, массовый расход и объёмный расход газа, а также стандартизированные эталонные значения. Системой можно интуитивно управлять с ноутбука или планшета через инфракрасный интерфейс благодаря программному обеспечению FLOWgate™. Интегрированные интерфейсы Ethernet и RS-485 позволяют контролировать состояние прибора дистанционно.

Ключевые параметры и данные измеренных величин, такие как объёмный расход, массовый расход или молекулярная масса, надёжно обрабатываются, анализируются и сохраняются. В этой связи внутренняя память позволяет осуществлять долговременное архивирование данных в защищённом и структурированном виде. Благодаря помехоустойчивой цифровой связи интерфейсный блок может быть установлен на расстоянии до 1000 м от точки измерения. Таким образом, отпадает необходимость в локальном, взрывозащищённом (герметизированном по давлению) и потенциально дорогостоящем блоке управления.

Некоторые методы измерения, такие как термально-массовое измерение, требуют наличие чистого газа для корректной работы. Ультразвуковая технология позволяет компенсировать загрязнение или отложения на датчиках за счёт автоматического усиления сигнала. Это оптимизирует интервалы технического обслуживания, увеличивает время безотказной работы измерительного прибора и снижает эксплуатационные затраты. Кроме того, ультразвуковое измерение факельного газа является единственной технологией, способной работать в диапазоне измерений до 1:4000. При этом отсутствует необходимость отдельно учитывать режимы высокого или низкого расхода, поскольку возможны скорости потока от 0,03 м/с до 120 м/с.

Для предшествующих стадий технологического процесса, например, для стадии гидроразрыва, компания Endress+Hauser также предлагает датчик FLOWSIC100 Flare-XT — надёжное и механически прочное решение, не требующее повторной калибровки. Датчики подключаются непосредственно к уже имеющемуся вычислителю расхода. В данной конфигурации не требуется интерфейсный блок, а также отсутствует необходимость в установке отдельных преобразователей давления и температуры.

При измерении факельного расхода каждое применение существенно отличается: температура, давление, состав газа и скорость потока могут значительно варьироваться. Поэтому компания Endress+Hauser предлагает индивидуальную оценку условий применения для каждой точки измерения и подбирает оптимальное решение. После проведения оценки для каждой точки измерения заказчику предоставляется паспорт оценки применения для измерения факельного газа — по всему миру.