System pomiaru i automatycznej kalibracji pH w instalacjach odsiarczania spalin

Z dniem 17 sierpnia 2021 roku zaczną obowiązywać nowe, znacznie ostrzejsze limity emisji zanieczyszczeń gazowych i pyłowych z obiektów energetycznych. Jednym z najważniejszych monitorowanych związków będą tlenki siarki reprezentowane przez SO2.

Dla źródeł o mocy cieplnej wyższej lub równej 300 MW, dopuszczalne średnie stężenie roczne SO2 w spalinach będzie wynosić nie więcej niż 130 mg/Nm3 dla obiektów istniejących, oraz 75 mg/Nm3 dla źródeł nowo oddawanych do eksploatacji. Nowe wymagania wymuszają jeszcze ostrzejszy reżim technologiczny pracy instalacji mokrego odsiarczania spalin (IMOS), stanowiących podstawową technologię usuwania SO2 dla tej wielkości obiektów. Jednym z kluczowych kryteriów decydujących o skuteczności mokrego odsiarczania jest zachowanie odpowiedniego reżimu pH w wybranych etapach procesu. Dla automatycznej kontroli pH w takich zastosowaniach Endress+Hauser oferuje system Liquiline Control, będący następcą sprawdzonego już w polskich elektrowniach systemu Topcal.

Od TopCal S do Liquiline Control

Wymagania stawiane systemom pomiarowym pH podobne do opisanych wyżej pojawiają się od lat w różnych branżach przemysłu, nie tylko w energetyce, ale również w hutnictwie, branży przetwórstwa minerałów, przemyśle chemicznym, w technologiach spożywczych i farmaceutycznych. Endress+Hauser Conducta, specjalizujący się w technice analitycznej, już od końca 90 lat rozwijał projekt „TopCal S” zapewniający ciągły pomiar pH i potencjału redoks z automatycznym czyszczeniem i kalibracją układu pomiarowego. W 2017 roku układ TopCal S został zastąpiony przez nowy system pomiarowy Liquiline Control, w pełni cyfrowy, ze scentralizowanym układem koordynującym pomiar, kalibrację, i funkcję sterowania urządzeniami peryferyjnymi.

Czujniki pomiarowe Memosens

Pierwszym i najważniejszym elementem każdego układu pomiarowego jest sensor przetwarzający wielkość procesową na sygnał elektryczny. W przypadku pH i ORP jest to zintegrowany czujnik ze szklaną elektrodą pomiarową i zamkniętym systemem referencyjnym.

Po zebraniu pozytywnych doświadczeń z czujnikami pH ze stałym (zżelowanym) elektrolitem w części referencyjnej, odstąpiliśmy od stosowania elektrod z ciekłym KCl na instalacjach odsiarczania. Dla użytkowników oznacza to znaczne uproszczenie układu pomiarowego, a także obniżenie kosztów eksploatacji. Czujniki pH ze stałym systemem referencyjnym są krótsze, tańsze i łatwiejsze w montażu. Dodatkowo, nie ma potrzeby utrzymywania w ruchu ciśnieniowego układu podawania KCl, który ponadto wymagał zapewnienia szczelności. Warto nadmienić, że użytkownicy posiadający wcześniej dostarczone czujniki pH z ciekłym KCl również z łatwością i bezkosztowo mogą przejść na system stały, z zachowaniem jednak pierwotnej długości czujników.

Jak jednak wspomniano wcześniej, medium charakteryzuje się skłonnościami do oblepiania czujnika, a także zawiera związki zatruwające część referencyjną, dlatego czujnik pH Ceragel CPS71D w wykonaniu rekomendowanym do pracy na IMOS, posiada wbudowaną pułapkę jonową, a zżelowany elektrolit znajduje pod ciśnieniem 7 bar, co zapewnia jednokierunkową mikro-dyfuzję na zewnątrz czujnika przez ceramiczną membranę części referencyjnej elektrody pH.

Czujniki pomiarowe Memosens posiadają wbudowaną pamięć oraz własny mikroukład przetwarzania analogowo cyfrowego. W pamięci tej zapisywane są jego dane identyfikacyjne, kalibracyjne i ruchowe czujnika. Sygnał pomiarowy z czujnika podawany jest do przetwornika w postaci cyfrowej poprzez bezstykowe łącze indukcyjne umieszczone w jego głowicy. Do transmisji takiego sygnału stosowany jest standardowy przewód 2x2 żyłowy, bez potrzeby używania specjalistycznych przewodów pH używanych w pomiarach analogowych. Tą drogą przetwornik odczytuje z czujnika również wszystkie dane kalibracyjne i diagnostyczne.

Warto nadmienić, że stosowania dla omawianego zadania elektrod pH z ciekłym elektrolitem nie należy uważać za błąd. W wielu wypadkach, zwłaszcza, jeśli proces prowadzony jest w medium silnie zatruwającym, jest to rozwiązanie optymalne i nadal pozostaje ono podstawowym wykonaniem w branży hutniczej i przetwórstwa rud minerałów. Należy również brać je pod uwagę w procesach współspalania lub wyłącznego spalania odpadów . W każdym przypadku zalecamy, aby wybór czujnika uzgadniać z Doradcą Technicznym lub pracownikiem Serwisu Endress+Hauser Polska.

Armatura do wysuwalnego montażu czujnika pH

Wymienione wyżej warunki pracy wymagają zastosowania armatury umożliwiającej automatyczne wsuwanie i wysuwanie czujnika z procesu, podłączenie środków myjących, wody lub buforów kalibracyjnych, oraz pewne odcięcie czujnika od mierzonej zawiesiny na czas mycia lub kalibracji.

Z szerokiego programu armatur czujników pH z napędem do pracy automatycznej dostępnych w ofercie Endress+Hauser, najbardziej predestynowanym do omawianej aplikacji jest typ CPA473 z kulowym zaworem odcinającym. Zawór ten zapewnia odcięcie od procesu w sposób dostosowany do pracy zawiesinach ściernych o dużej skłonności do zabrudzania. Układ nie zawiera o-ringów zwilżanych mierzonym medium, oraz komorę płuczącą zaprojektowaną dla intensywnego mycia. Jako materiał trzpienia armatury z uchwytem czujnika rekomendujemy stosowanie stopu klasy Hastelloy, celem uzyskania odpowiedniej odporności na ścieranie w warunkach rzeczywistych przepływów zawiesiny występujących w odcinku pomiarowym. Dodatkowo jednak, z punktu widzenia ochrony czujnika pomiarowego przed nadmiernym zużyciem, jednocześnie zalecamy ograniczenie liniowej prędkości przepływu medium w punkcie pomiaru do maksymalnie 2 m/s.

Funkcje załączania mediów myjących i buforów kalibracyjnych na blok zaworowy armatury czujnika realizowane są poprzez układ zaworów zlokalizowanych w jednostce pneumatycznej systemu. Pompy membranowe podające poszczególne płyny pod ciśnieniem 6-8 bar umieszczone są bezpośrednio na kanistrach z płynami.

Liquiline Control w wykonaniu panelowym, przeznaczony jest do montażu w czystym pomieszczeniu lub kontenerze pomiarowym. W razie montażu w warunkach obiektowych, układ montowany jest w szafie pomiarowej o stopniu ochrony IP dostosowanym do lokalnych wymagań.

Stacja Liquiline Control jako jednostka centralna układu.

Przetwarzanie sygnałów wejściowych z cyfrowych czujników pH i potencjału redoks odbywa się w dedykowanej stacji procesowej Liquiline Control, od której nowy układ wziął swoją nazwę. Stacja ta stanowi jednocześnie przetwornik pomiarowy oraz centralną jednostkę sterującą systemu opartą na komputerze przemysłowym.

Rodzina przetworników analitycznych Liquiline jest rozwijana od 2004 roku pod kątem integracji wszystkich parametrów mierzonych w ramach systemu inteligentnych czujników Memosens a także analizatorów wody i systemów automatycznego poboru próbek. Liquiline stanowi więc w programie Endress+Hauser platformę sprzętowo - software’ową, zapewniającą nie tylko unifikację układów analizy cieczy, ale również coraz szerzej wyposażaną w funkcje elementów wykonawczych.

Kolejnym etapem rozwoju platformy Liquiline jest właśnie omawiana integracja systemu automatycznych pomiarów pH, eliminująca potrzebę stosowania oddzielnego sterownika dla części pneumatycznej i hydraulicznej układu pomiarowego. Jest to podstawowa cecha odróżniająca obecny system Liquiline Control od jego poprzednika TopCal S.

Stacja Liquiline Control wyposażona jest również w graficzny wyświetlacz dotykowy 4,3” z wizualizacją stanu poszczególnych elementów układu pomiarowego. Oprogramowanie systemu pozwala na indywidualne ustawienie cykli mycia i kalibracji ustroju pomiarowego, a ponadto, parametryzację poszczególnych faz podawania poszczególnych mediów, co umożliwia w dowolnym momencie korektę nastaw zależnie od indywidualnych doświadczeń z danego obiektu, a także organizacji służb utrzymania ruchu.

Ważną zaletą systemu jest samoczynne rozpoznawanie przez układ przetwarzania rodzaju i parametrów podłączonego czujnika Memosens. Automatycznie sczytywane są przy tym dane kalibracyjne i diagnostyczne czujnika pH. Dzięki temu, jeśli system zasygnalizuje potrzebę wymiany elektrody pomiarowej celem przeprowadzenia jej zewnętrznego czyszczenia lub regeneracji, pracownik obsługi obiektu może dokonać takiej wymiany wykorzystując czysty i skalibrowany czujnik przygotowany wcześniej przez specjalistę z laboratorium. Ogranicza to ryzyko i czas niedyspozycyjności pomiaru wskutek stanów awaryjnych lub obsługi systemu.

 Dowiedz się więcej: https://eh.digital/3dbelGO

Autor: Janusz Zajączkowski, Menedżer branży Energetyka, Endress+Hauser Polska sp. z o.o.