Minkä tahansa höyryä tuottavan voimalaitoksen prosessin keskiössä on höyrylieriö, jonka koko vaihtelee, mutta sen ensisijaiset toiminnot ovat kattilan koosta riippumatta samat eli sen tehtävänä on tarjota riittävä pinta-alaa veden ja höyryn tehokkaaseen erottamiseen, riittävä varastointikapasiteetti kattilan välittömien syöttövesitarpeiden täyttämiseksi, kemikaalien käyttöönoton helpottaminen vedenkäsittelytarkoituksiin sekä epäpuhtauksien poistaminen jatkuvalla ulospuhalluksella. Höyrylieriön pinnan luotettava ja jatkuvatoiminen mittaaminen on siksi ratkaisevan tärkeää höyryntuotantoprosessin toiminnalle ja turvallisuudelle.
Blogikirjoituksemme tutkii tätä yhtä höyryntuotantoprosessin tärkeimpää osaa ja pohtii, kuinka pinnanmittauksella voidaan lisätä prosessin tehokkuutta ja turvallisuutta.
Pinnamittauksen haasteet ja huomiot
Kattila tarjoaa erityisen vaativan ympäristön pinnamittauksen suhteen, joka riippumatta ohjausstrategiasta on – yksi-, kaksi- tai kolmielementtinen. Yhteinen nimittäjä kaikissa näissä strategioissa on lieriön pinnamittaus, jonka toimintavarmuus ja ominaisuudet ovat tärkeä yksityiskohta koko kattilan toimintavarmuuden, turvallisuuden ja höyryn laadun takaamiseksi.
Pinnanmittauksen tärkeys korostuu höyryn tarpeen, paineen ja ajotilanteiden vaihdellessa, jolloin lieriön “kutistumis-” ja turpoamistaipumukset” asettavat haasteita pinnanmittausinstrumenttien suorituskyvylle. Laajemman mittakaavan höyrytuotannossa, kuten kaupallisessa sähköntuotannossa (vesiputkikattilat), höyrylieriön pinnanmittauksen ja säädön häiriöt voivat vaikuttaa haitallisesti prosessin luonnolliseen kiertoon ja jopa laitoksen kykyyn vastata markkinoiden kysyntään.
Vaikka korjauksia voidaankin tehdä vaikutusten lieventämiseksi, huomioon otettavien muuttujien määrä useinkin lisää pinnanmittauksen asennuksen, laitteiston ja kalibroinnin monimutkaisuutta, minkä seurauksena on usein uusia virhemahdollisuuksia. Instrumentin perusteknologiaan liittyvien mahdollisten virhelähteiden (mukaan lukien inhimillinen virhe) eliminointi on ensimmäinen askel lieriön pinnanmittauksen optimoinnissa.
Kattiloissa perinteisesti käytetyt pinnanmittausmenetelmät perustuvat yleensä joko paine-eromittauksiin tai magneettisen kohon käyttämiseen, jotka ovat prosessin dynamiikasta johtuen häiriöherkkiä, sillä ominaispainon, paineen, lämpötilan muutokset voivat rajoittaa niiden kykyä mitata pintaa tarkasti.
Nopea kurkistus perinteisiin sekä uusiin pinnanmittausteknologioihin:
Paine-Eromittaus – Tämä edelleen todella yleinen menetelmä perustuu paine-eron mittaamiseen kahden referenssipisteen välillä ja antaa luotettavan mittaustuloksen sillä oletuksella, että lieriö ja siten myös mittauksen nestepatsas on kokonaan vesitilassa. Menetelmä ei kykene erottamaan osittain kiehuvaa todellista lieriön pintaa vaan antaa siitä keskiarvon. Tämä yksinkertainen ja toimintavarma menetelmä on hyväksi todettu ja varmasti käytössä vielä pitkään mutta sen tarkkuudessa on kuitenkin toivomisen varaa sillä se ei lieriön veden osittaisesta kiehumisesta johtuen kykene antamaan tarkkaa pinnankorkeutta kaikissa ajotilanteissa. Paine-eromittaukseen ei myöskään ole saatavana helposti asennettavaa suurta paikallisnäyttöä, josta lieriön tilannetta voisi seurata pienen matkankin päästä.
Näkölasit ja vastaavat visuaaliset mittaustavat
Näkölasi on yksinkertainen tapa seurata pinnankorkeuden muutosta lieriössä. Nesteen pinnankorkeus lieriössä on sama näkölasissa, ja se pystytään helposti lukemaan tähyslasista läheltä katsoen. Näkölaseissa ei yleensä ole signaalin ulostuloa, joka rajoittaa sen käyttöä automaattisessa prosessinhallinnassa.
Ohjatun tutkan ja magneettisen pinnamittauksen yhdistelmä
Yhdistetty ohjattu aaltotutka GWR (Guided Wave Radar) ja magneettinen pinnamittaus (Aurora) ovat puolestaan mittaustekniikoita, joiden selvä etu on pienempi häiriöalttius prosessiolosuhteiden muutoksille. Koska näiden pinnanmittaustekniikoiden mittausperiaate ja tarkkuus eivät ole samalla tavalla riippuvaisia ominaispainosta, ne mittaavat todellisen nestetason kaikissa höyrylieriössä esiintyvissä olosuhteissa. Lisäksi GWR ei vaadi ulkoisia tuloja tai kalibrointia, joka eliminoi tehokkaasti inhimillisten virheiden mahdollisuudet. Muita ohjatun tutkan ja magneettisen pinnamittauksen etuja on mahdollisuus saada pinnanmittauksen tarkka signaali sekä magneettisen virtausmittauksen tuottama visuaalinen pinnamittaustieto samasta laitteesta. Tämä mahdollistaa perinteisten paine-eroon perustuvien pinnanmittausten ja niiden rinnalle asennettujen näkölasien korvaamisen tällä uudella, kompaktimmalla ja monipuolisemmalla laitteella.