Klaar voor de toekomst: ultrasone flowmetingen in fakkelinstallaties
Ultrasone flowmeters worden al meer dan 30 jaar gebruikt om de flow in fakkeltorens te meten. Tegenwoordig is het meten van de flow in fakkelinstallaties een van de meest uitdagende toepassingen op het gebied van flowmeting, aangezien de snelheden en de gassamenstelling snel kunnen veranderen.
In het kort
- Fakkeltorens zijn in tal van industrieën een belangrijk onderdeel van het veiligheids- en afvalgassysteem, omdat hiermee in geval van storingen grote hoeveelheden brandbare stoffen op gecontroleerde wijze kunnen worden afgevoerd. Van nature kunnen de druk, de volumestroom en de samenstelling van de fakkelgassen in korte tijd aanzienlijk veranderen.
- Compacte en beter geoptimaliseerde productiefaciliteiten hebben een grotere capaciteit waardoor de maximale flowsnelheden een stuk hoger zijn. Bij stilstand in raffinaderijen en petrochemische fabrieken zijn flowsnelheden van meer dan 120 m/s gemeten.
- Afval- of fakkelgas kan qua samenstelling sterk variëren en er moet rekening worden gehouden met plotselinge veranderingen in de flowomstandigheden. Bovendien zijn de omstandigheden bij een lage flowsnelheid steeds belangrijker voor de procesregeling en -optimalisatie en voor het opsporen van lekkage bij afsluiters onder normale bedrijfsomstandigheden.
- Minimale flowsnelheden vereisen transducertechnologie met een hoge resolutie en geavanceerde algoritmen voor signaalverwerking om een nauwkeurige tijdmeting te garanderen. Hoge flowsnelheden zorgen voor een sterk toenemend geluid in het stromende gas wanneer er kleppen enz. vóór de akoestische ultrasone meting zijn geïnstalleerd. Bij hoge gassnelheden moet ook rekening worden gehouden met een afwijking van de "ultrasone straal".
FLOWSIC100 Flare-XT:
Betrouwbare gasflowmeting in fakkeltorens in olieraffinaderijen, chemische fabrieken en aardgasverwerkingsinstallaties
Ontwikkeling van het mondiale regelgevingsklimaat
Wereldwijd worden de milieuregels in veel industrieën steeds strenger. In de raffinage-, chemische en petrochemische industrie is ultrasone technologie al jarenlang een gevestigde waarde. Tegenwoordig wordt de druk vanuit de regelgeving en de rapportageverplichtingen steeds groter.
Dit betekent dat er in fakkelinstallaties betrouwbare metingen moeten worden verricht zodat er betrouwbare gegevens beschikbaar zijn – zelfs onder moeilijke omstandigheden. Hoewel de regelgeving voor de raffinage-, chemische en petrochemische industrie al vastligt, zien we ook in veel andere industrieën een proactieve zoektocht naar technische oplossingen om aan toekomstige milieunormen te voldoen. Vooral op het gebied van detectie biedt de ultrasone technologie ook hier tal van voordelen ten opzichte van andere technologieën.
Uitdagingen bij het meten van de gasflow in fakkelinstallaties en technologische oplossingen
Ultrasone flowmeting is een beproefde technologie op het gebied van vloeistofmeting. De toepassingen variëren van custody transfer-metingen tot het meten van de gasflow in fakkelinstallaties of emissiebeheersing. In principe meten ultrasone flowmeters de flowsnelheid van vloeistoffen of gassen door het verschil in looptijd van ultrasone signalen te bepalen die met de flow mee en tegen de flow in worden gestuurd. Op basis hiervan wordt de gemiddelde flowsnelheid bepaald. Met "gemiddelde flowsnelheid" wordt hier de flowsnelheid bedoeld die over de dwarsdoorsnede van de buis is gemiddeld.
Een van de belangrijkste doelen van het meten van de flow in fakkelinstallaties is het nauwkeurig kunnen meten van broeikasgassen. De aandacht voor nauwkeurige metingen van broeikasgassen is de afgelopen jaren toegenomen. De heffingen en belastingen op luchtverontreiniging stijgen voortdurend. Daardoor neemt ook de behoefte aan nauwkeurige en toegankelijke metingen toe. Gezien de moeilijke omstandigheden bij het affakkelen vormen de eisen die aan de meettechnologie worden gesteld een uitdaging in de olie- en gasindustrie en de chemische en petrochemische industrie:
- Gassnelheden van 0 m/s tot 120 m/s
- Snelle veranderingen in de gassnelheid
- Snel wisselende gasmengsels met aardgas, waterstof, kooldioxide, enz.
Active Sound Correlation: betrouwbaar, zelfs bij de hoogste gassnelheden
Het waarborgen van de meetbetrouwbaarheid, zelfs bij de hoogste gassnelheden, is een van de belangrijkste kenmerken van een fakkelmeetsysteem. De innovatieve ASC-technologie (Active Sound Correlation Technology) vergroot het eerdere maximale flowbereik nu met wel 30%. ASC brengt de gassnelheid in verband met toepassingsspecifiek geluid dat bij hoge flowsnelheden ontstaat. In dit geval werkt de sensor als een microfoon. De gepatenteerde ASC-technologie zorgt zo voor een nog betere meting van de gasflow.
Eenvoudig onderhoud. Verificatie met één klik. Zelfdiagnose.
Door software en firmware met elkaar te koppelen, ontstaan er tal van nieuwe functies en voordelen: het zelfcontrolesysteem levert waardevolle gegevens over de status van het instrument, toont trends en wijst op relevante veranderingen. Storingen in het instrument worden onmiddellijk opgespoord en gedocumenteerd; hierdoor kunnen problemen snel worden verholpen. Op verzoek voert het systeem een zelfcontrole uit en registreert het zijn huidige status. Op deze manier beschikken gebruikers over een zeer eenvoudige manier om documenten op te stellen waarmee kan worden aangetoond dat aan de emissievoorschriften wordt voldaan. – volledig op afstand en zonder dat er een servicetechnicus ter plaatse hoeft te komen. Dit vermindert de operationele risico's en veiligheidsrisico's aanzienlijk.
Zelfcontrolesystemen zoals i-diagnostics™ helpen bij de overgang van tijdgestuurd onderhoud naar condition-based onderhoud, wat leidt tot minder onderhoudsbeurten en daarmee tot lagere onderhoudskosten.
De juiste oplossing voor elke uitdaging
Fakkelgasmeters met ultrasone technologie worden ingezet in diverse toepassingen met uiteenlopende eisen; daarom is een grondige kennis van de specifieke uitdagingen vereist om de juiste oplossing te kunnen bieden. In de raffinage-industrie schrijven de huidige voorschriften van de Amerikaanse EPA bijvoorbeeld een minimale verbrandingswaarde van 270 BTU/scf voor. Bovendien geldt voor alle stoomgestookte fakkels een vereiste verdunningsparameter voor de nettoverbrandingswaarde van NHVdil ≥ 22 BTU/ft². En dat alles met behoud van een hoog verbrandingsrendement. Om aan deze eisen te voldoen en de verwarmingstemperatuur op het vereiste niveau te houden, kunnen ook ultrasone gasflowmeters worden gebruikt om de stoomtoevoer te regelen.
De nieuwe fakkelgasmeter FLOWSIC100 Flare-XT is verkrijgbaar in drie verschillende uitvoeringen. Alle uitvoeringen zijn verkrijgbaar als meetsysteem met 1 of 2 meetkanalen. Cross-duct-installaties en systemen met één meetsonde zijn in beide configuraties verkrijgbaar. De sondeversie is geschikt voor compacte, eenzijdige montage, waardoor de benodigde installatiewerkzaamheden tot een minimum worden beperkt. De versie met 2 meetkanalen biedt een hoge meetnauwkeurigheid, zelfs onder moeilijke flowomstandigheden, en zorgt voor meetredundantie. Dankzij een terugtrekmechanisme kan het instrument ook tijdens het bedrijf van de installatie eenvoudig en snel worden vervangen. De krachtige interface-eenheid kan dankzij de vele aansluitingen eenvoudig worden aangesloten op een breed scala aan systemen en netwerken.
De interface-eenheid verwerkt binnenkomende signalen en berekent parameters zoals de moleculaire massa, de massastroom en het gasvolume, evenals gestandaardiseerde referentiewaarden. Via een infraroodinterface kan het systeem dankzij de FLOWgate™-software intuïtief worden bediend vanaf een laptop of tablet. Dankzij de ingebouwde ethernet- en RS-485-interfaces kan de status van het instrument op afstand worden gecontroleerd.
Belangrijke parameters en meetgegevens, zoals volumestroom, massastroom of moleculaire massa, worden betrouwbaar verwerkt, geanalyseerd en opgeslagen. In dit opzicht maakt het interne geheugen het mogelijk om de gegevens op een veilige en gestructureerde manier permanent te archiveren. Dankzij de storingsvrije, digitale communicatie kan de interface-eenheid tot op 1000 m afstand van het meetpunt worden geïnstalleerd. Er is dus geen lokale, drukafgeschermde en mogelijk dure besturingseenheid meer nodig.
Vervanging van de thermische massameting
Sommige meetprincipes, zoals het meten van de thermische massa, vereisen zuiver gas om correcte meetresultaten te krijgen. De ultrasone technologie kan vervuiling of aanslag op de sensoren tegengaan door het signaal automatisch te versterken. Dit zorgt voor geoptimaliseerde onderhoudsintervallen, maximaliseert de uptime van het meetinstrument en verlaagt de operationele kosten. Bovendien is ultrasone fakkelgasmeting de enige technologie die kan werken binnen een meetbereik van maximaal 1:4000. Het is niet nodig om rekening te houden met hoge of lage flowsnelheden, aangezien metingen mogelijk zijn bij flowsnelheden van 0,03 m/s tot 120 m/s.
Voor toepassingen upstream, bijvoorbeeld frackingtoepassingen, biedt Endress+Hauser ook de transmitter FLOWSIC100 Flare-XT aan – betrouwbaar en robuust, zonder dat herkalibratie nodig is. De sensoren zijn rechtstreeks aangesloten op een reeds aanwezige flowcomputer. De interface-eenheid is in deze productconfiguratie niet nodig en er zijn geen druk- of temperatuurtransmitters vereist.
Een individuele analyse van de toepassing levert specifieke informatie op
Bij de meting van de gasflow in fakkelinstallaties is elke toepassing anders: temperatuur, druk, gasmatrix, snelheid, enz. kunnen sterk verschillen. Daarom biedt Endress+Hauser voor elk meetpunt een individuele toepassingsanalyse aan en zoekt het bedrijf naar de optimale oplossing. Na de analyse ontvangt de klant voor elk meetpunt een beoordelingsformulier voor de toepassing – wereldwijd.
