Wskaźnik lokalny do pomiaru poziomu - jak działa i który należy wybrać?

Wskaźnik lokalny pomiaru poziomu – co to jest?

Wskaźnik lokalny do pomiaru poziomu to urządzenie służące do pomiaru poziomu płynów w różnych zastosowaniach przemysłowych (ang. Level Indicator, LI). Najczęściej przeznaczony jest do określenia poziomu cieczy m.in. w:

• zbiornikach magazynowych,
• zbiornikach ciśnieniowych,
• separatorach wody/oleju,
• kotłach parowych,
• walczakach.

Płyny są wykorzystywane w niemal wszystkich gałęziach przemysłu, dlatego bez odpowiednich urządzeń trudno byłoby określić ilość oraz poziom przechowywanego czy używanego płynu.

Wskaźniki lokalne do pomiaru poziomu cieczy są niezbędne w sytuacjach, gdy charakter wykorzystywanego płynu jest niebezpieczny dla otoczenia lub sposób jego przechowywania uniemożliwia ręczne określenie poziomu.

Rodzaje wskaźników lokalnych pomiaru poziomu

Warto wiedzieć, że w zależności od aplikacji należy wybrać odpowiedni typ wskaźnika pomiaru poziomu.

Wskaźnik poziomu może składać się z metalowego korpusu, w którym znajduje się komora wewnętrzna oraz szkło wodowskazowe (typu szklanego), lub z zamkniętej komory pomiarowej ze wskaźnikiem biało-czerwonym (typu magnetycznego).

Powszechnie stosowane są trzy rodzaje wskaźników poziomu:

• refleksyjny,
• transparentny,
• magnetyczny.

Poza głównymi rodzajami istnieją również takie wskaźniki poziomu, jak:

• rurowe,
• pływakowe i tablicowe,
• wziernikowe typu okienkowego,
• dwukolorowe,
• nurnikowe.

Niektóre wskaźniki poziomu mają dodatkowe funkcje, takie jak wbudowany przetwornik z wyjściem analogowym i regulowane sygnalizatory alarmowe.

Poziomowskaz refleksyjny serii LIQUIDUS RF

Budowa

Wskaźnik ten składa się z nierdzewnego korpusu, który styka się z jednej strony z refleksyjnym szkłem wodowskazowym. Całość skręcana jest za pomocą śrub i nakrętek z pokrywą korpusu, która ma wyfrezowany otwór wziernikowy.

Poziomowskaz refleksyjny może być połączony ze zbiornikiem za pomocą przyłączy kołnierzowych, gwintowanych lub spawanych.

Zazwyczaj szklane poziomowskazy dostarczane są z zaworami odcinającymi z zabezpieczeniem przeciwwypływowym w przypadku pęknięcia szkła.

Zastosowania

Wskaźnik poziomu typu refleksyjnego może być stosowany w większości przypadków. Oferuje duże korzyści w zakresie niskiego kosztu początkowego, małych kosztów eksploatacji, łatwego odczytu poziomu.

Nie może być jednak montowany w niektórych przypadkach, np. gdy:

• należy odczytać poziom separacji pomiędzy dwoma cieczami (interfejs-rozdział faz);
• oprócz wskazania poziomu wymagana jest obserwacja koloru cieczy;
• cieczą technologiczną jest para wodna pod wysokim ciśnieniem – ponieważ w tym przypadku szkło musi być chronione przed działaniem środków chemicznych z wody kotłowej za pomocą osłon z miki;
• cieczą podstawową jest ciecz, która może wywołać korozję szkła (np. wysokotemperaturowe roztwory alkaliczne lub kwas fluorowodorowy).

Poziomowskaz transparentny serii LIQUIDUS ST

Budowa

Przyrząd ten składa się z nierdzewnego korpusu, który znajduje się pomiędzy dwoma gładkimi (transparentnymi), równoległymi do siebie szkłami wodowskazowymi.

Na każde szkło nałożona jest z jednej strony osłona z miki wraz z uszczelką, a z drugiej strony znajduje się specjalna podkładka. Całość skręcana jest za pomocą śrub i nakrętek z pokrywami korpusu, które mają wyfrezowane otwory wziernikowe.

Poziomowskaz transparentny może być połączony ze zbiornikiem za pomocą przyłączy kołnierzowych, gwintowanych lub spawanych.

Transparentne poziomowskazy dostarczane są również z zaworami odcinającymi z zabezpieczeniem przeciwwypływowym w przypadku pęknięcia szkła.

Pęknięcie szkła powoduje powstanie różnicy ciśnień, co skutkuje przesunięciem się kulki bezpieczeństwa w zaworze i osadzeniem jej na siedlisku, zapobiegając wypływowi czynnika.

Zastosowania

Poziomowskaz transparentny jest szczególnie polecany do zastosowań, w których szkło musi być chronione przed wpływem płynów korozyjnych i wysokich temperatur – a więc do takich działań, jak:

• obserwacja rozdziału faz,
• obserwacja koloru cieczy,
• pomiar poziomu substancji żrących lub lepkich,
• pomiar poziomu w kotłach parowych przy ciśnieniu powyżej 20 barów,
• pomiar przy skrajnych zmianach temperatury.

Podkładki z miki w transparentnym wskaźniku poziomu

Podkładki mikowe to element ochronny szkła transparentnego przed korozyjnym działaniem gorących roztworów alkalicznych lub kwaśnych. Chroni i zwiększa żywotność szkła także w przypadku znajdowania się substancji w warunkach wysokich parametrów roboczych.

Osłony mikowe są również powszechnie wykorzystywane w wysokociśnieniowych poziomowskazach przeznaczonych do zastosowań w kotłach parowych – aby zapobiec matowieniu i erozji, która objawia się zmniejszaniem grubości szkła i obniżaniem jego wytrzymałości.

Poziomowskaz magnetyczny serii AQUARIUS

Magnetyczne wskaźniki poziomu (ang. Magnetic Level Indicators, MLI) zmieniły rynek wskazań lokalnych, oferując bezpieczną, niezawodną i dobrze widoczną alternatywę dla tradycyjnych szklanych poziomowskazów.

Wykorzystując kombinację zasad fizyki, wyporu wraz z magnetyzmem, poziomowskazy można dobrać tak, aby pasowały do praktycznie każdej aplikacji.

Poziomowskaz magnetyczny jest najczęściej używaną metodą do pomiaru poziomu cieczy. Wyróżnia go bardzo wysoka odporność na ekstremalne wartości ciśnienia i temperatury, a także na substancje chemiczne.

Budowa

Konstrukcję poziomowskazu magnetycznego tworzą:

• pionowa komora złożona z rury o odpowiedniej średnicy i grubości, zawierająca pływak, który ma magnes umieszczony dokładnie na linii poziomu cieczy;
• dwa poziome króćce (najczęściej stosowane) do podłączenia go do zbiornika zawierającego ciecz;
• dwa zawory odcinające (zalecane, jednak nieobowiązkowe) – po jednym na każdym króćcu do odcięcia wskaźnika poziomu;
• wskaźnik magnetyczny (zamontowany na komorze pomiarowej), w obudowie z materiału niemagnetycznego z przezroczystą przednią szybą, zawierający zestaw klapek z wbudowanymi magnesami (w dwóch różnych kolorach), które mogą obracać się wokół swojej osi poziomej.

Budowa magnetycznych wskaźników jest bardzo prosta i jednocześnie sprawia, że nie ma ryzyka wycieku.

 

Rys. 1. Budowa poziomowskazu magnetycznego

Poziomowskaz magnetyczny zapewnia bezpieczeństwo dla środowiska, pewną i bezawaryjną pracę nawet w aplikacji z agresywnym chemicznie i szkodliwym medium. Oferuje dokładny pomiar w strefie zagrożenia wybuchem a także optyczne wskazanie rozdziału faz dwóch cieczy o różnych gęstościach, np. woda/olej.

Magnetyczny miernik poziomu działa na podstawie trzech elementarnych praw fizyki:

• prawa naczyń połączonych – określającego warunek równowagi cieczy w naczyniach połączonych;
• prawa Archimedesa, zgodnie z którym na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu zwrócona ku górze i równa ciężarowi wypartej cieczy;
• zasady przyciągania między biegunami północnym i południowym dwóch magnesów stałych oraz zasady odpychania między takimi samymi biegunami.

Zastosowania

Magnetyczny wskaźnik pomiaru poziomu cieczy może być wykorzystywany w niemal każdej branży przemysłowej. Warto dodać, że jest on jednym z najczęściej stosowanych wskaźników, który szczególnie sprawdza się w przemyśle:

• chemicznym,
• petrochemicznym,
• gazowniczym i wydobywczym,
• energetycznym,
• farmaceutycznym.

Zakres stosowania miernika magnetycznego jest bardzo szeroki. Wykorzystywany może być w sytuacjach, gdy ciecz jest:

• wybuchowa lub łatwopalna;
• pod wysokim ciśnieniem, w niskiej lub wysokiej temperaturze;
• pod niskim ciśnieniem, w niskiej lub wysokiej temperaturze;
• agresywna chemicznie;
• szkodliwa dla zdrowia ludzkiego;
• szkodliwa dla środowiska.

Ograniczenia

Magnetyczne poziomowskazy pomiaru poziomu cieczy nie są przystosowane dla cieczy, które są bardzo zanieczyszczone. Nie nadają się również do kontrolowania płynów o bardzo gęstej i lepkiej konsystencji. Także mała gęstość może być problemem – minimalna wymagana gęstość dla pływaka to 380 kg/m³.

Wskaźnik pomiaru magnetyczny a szklany – podstawowe różnice

Wskazanie poziomu lokalnego jest ważnym pomiarem i zapewnia niezawodny sposób określenia wysokości poziomu cieczy.

Może być używane do lokalnego kontrolowania poziomu cieczy, gdy zdalne systemy sterowania nie działają.

Zwykle w przemyśle stosowane są dwa rodzaje lokalnego wskazania: szklane i magnetyczne wskaźniki poziomu, a różnice między nimi przedstawiono w tabeli obok.

Wady i zalety poziomowskazów

Magnetyczny wskaźnik poziomu jest wykorzystywany w sytuacjach, gdzie szklany wskaźnik nie spełnia wymagań technicznych lub w zastosowaniach, w których używa się niebezpiecznych substancji, mogących wyciec i zagrażać bezpieczeństwu obsługi.

Główne wady szklanych wskaźników poziomu:

• substancje toksyczne, wysokie ciśnienie lub ekstremalne temperatury mogą wywołać ryzyko niekontrolowanego wycieku substancji niebezpiecznej;
• szkło bardzo szybko się odbarwia, przez co maleje widoczność;
• płyny, które mają skłonność do powlekania powierzchni, mogą sprawić, że utworzy się nieprzezroczysta warstwa na szkle, uniemożliwiająca widoczność;
• odczytanie powierzchni fazowej między dwoma cieczami może być trudne, w szczególności gdy są to substancje o podobnej barwie;
• w celu stworzenia pełnego zakresu widzialnego konieczne jest użycie zazwyczaj wielu sekcji wzierników ze szkłem, które muszą być ułożone schodkowo.

Magnetyczne wskaźniki poziomu są znacznie bardziej popularne, przede wszystkim z powodu wielu zalet:

• zapewniają większy poziom bezpieczeństwa oraz generują mniej miejsc potencjalnych nieszczelności;
• nie wymagają częstej konserwacji;
• są łatwe w instalacji początkowej i zapewniają możliwość doposażenia w przetwornik i sygnalizatory poziomu bez konieczności przerywania procesów;
• gwarantują doskonałą widoczność z dużej odległości;
• wykazują niski całkowity koszt eksploatacji;
• zapewniają pełny zakres pomiarowy do 5,5 m bez konieczności stosowania kilku mniejszych poziomowskazów.

Wybór wskaźnika lokalnego: podsumowanie

Nie we wszystkich aplikacjach są preferowane magnetyczne wskaźniki poziomu ze względu na pośredni pomiar. Dlatego też szklane wskaźniki z bezpośrednim wskazaniem są wybierane np. do walczaków kotła w energetyce.

Przy podejmowaniu decyzji, którą metodę pomiaru zastosować, należy wziąć pod uwagę także długoterminowy koszt eksploatacji, a nie tylko początkowy koszt urządzenia.

Szklany wskaźnik poziomu zapewnia zazwyczaj niższy koszt początkowy (przy wykonaniu ze stali węglowej i niskich parametrach roboczych) niż magnetyczny. Jednak ten drugi ma bardzo wiele zalet, które można zaobserwować podczas początkowej instalacji, a także w normalnym użytkowaniu.

Liczne korzyści z zamontowania magnetycznego wskaźnika poziomu sprawiają, że koszt całkowity jest zdecydowanie niższy i daje więcej możliwości w przypadku stosowania dodatkowych czujników.

Kerto Automation
www.kerto-automation.pl
ul. Jana Kazimierza 29/40
01-248 Warszawa