Förberedd för framtiden: ultraljudsflödesmätning i gasfacklor

Miljöföreskrifterna blir strängare i många branscher världen över. Inom raffineringsindustrin samt kemisk och petrokemisk industri har ultraljudstekniken redan varit etablerad i många år. Nu börjar ökade lagkrav och rapporteringsskyldigheter bli verklighet.

Detta har stor påverkan på behovet av tillförlitlig fackelmätning och datatillgänglighet – även under tuffa förhållanden. Även om regelverken för raffineringsindustrin samt kemisk och petrokemisk industri redan är definierade finns det många andra områden där man söker proaktivt efter tekniska lösningar som kan uppfylla framtida miljöföreskrifter. Särskilt när det gäller rapportering har ultraljudsteknik många fördelar jämfört med andra tekniker.

Ultraljudsflödesmätning är en väl etablerad teknik för flödesmätning. Användningsområdena innefattar allt från custody transfer-mätning till flödesmätning i gasfacklor eller utsläppskontroll. I princip mäter ultraljudsflödesmätare löptidsdifferensen med och mot den flödande vätskan på en ljudbana och drar slutsatser om den genomsnittliga flödeshastigheten utifrån denna mätning. Här innebär ”genomsnittlig flödeshastighet” den flödeshastighet som mäts över rörtvärsnittet.

Ett av de främsta syftena med flödesmätning i fackelgas är exakt mätning av växthusgaser. Fokuset på noggrann mätning av växthusgaser har ökat de senaste åren. Avgifter och skatter för luftföroreningar ökar ständigt. Därmed ökar också behovet av noggrann och tillgänglig mätning. Vid tuffa fackelgasförhållanden innebär kraven på mättekniken en utmaning, bland annat inom olje- och gasindustrin samt kemisk och petrokemisk industri:

• gashastigheter från 0 m/s till 120 m/s
• snabba förändringar i gashastigheten
• snabbt föränderliga gassammansättningar med naturgas, vätgas, koldioxid etc.

Att säkerställa mättillgänglighet även vid de allra högsta gashastigheterna är en av de viktigaste egenskaperna hos ett fackelmätsystem. Den innovativa ASC-tekniken (Active Sound Correlation Technology) utökar nu det tidigare maximala flödesområdet med upp till 30 %. ASC korrelerar gashastigheten med tillämpningsspecifikt ljud som uppstår vid höga flödesförhållanden. I detta fall fungerar sensorn som en mikrofon. Den patenterade ASC-tekniken möjliggör därmed ännu bättre registrering av möjliga fackelgashändelser.

Att koppla samman programvara och firmware ger en rad nya funktioner och fördelar: det självövervakande systemet levererar värdefulla data om enhetens status, visar trender och lyfter fram relevanta förändringar. Fel detekteras och dokumenteras direkt, vilket gör att man slipper tidskrävande felsökning. På begäran verifierar systemet sig självt och registrerar sin aktuella status. Det gör att användarna på ett väldigt okomplicerat sätt kan skapa dokument för att påvisa att utsläppskrav uppfylls – allt på distans och utan att en servicetekniker behöver skickas till platsen. Detta minskar driftrelaterade risker och säkerhetsrisker i stor utsträckning.

Självövervakande system som i-diagnostics™ underlättar övergången från tidsbaserat underhåll till tillståndsbaserat underhåll, vilket leder till färre serviceintervall och därmed lägre underhållskostnader.

Fackelgasmätare med ultraljudsteknik används i olika tillämpningar med olika krav. Därför krävs djupgående kunskap om de olika utmaningarna för att erbjuda rätt lösning. För raffineringsindustrin anger till exempel de gällande föreskrifterna från amerikanska miljöskyddsmyndigheten (EPA) ett lägsta värmevärde på 270 BTU/scf i förbränningszonen. Dessutom krävs en utspädningsparameter för nettovärmevärdet på NHVdil ≥  22 BTU/ft2 för alla ångassisterade facklor. Detta samtidigt som en hög förbränningseffektivitet ska upprätthållas. För att uppfylla dessa krav och hålla uppvärmningstemperaturen på den nivå som krävs kan gasflödesmätare med ultraljud också användas för att reglera ångtillförseln.

Den nya fackelgasmätaren FLOWSIC100 Flare-XT finns tillgänglig i tre olika versioner. Alla versioner finns tillgängliga som mätsystem med en eller två mätvägar. Ett tvärsnittsutförande och en sondversion med enskilda munstycken finns tillgängliga i båda mätvägskonfigurationerna. Sondversionen är lämpad för kompakt infästning på en sida, vilket minimerar det installationsarbete som krävs. Versionen med två mätvägar uppnår hög mätnoggrannhet även under tuffa flödesförhållanden och har redundant mätning. Dessutom gör en infällningsmekanism att sensorerna kan bytas ut snabbt och enkelt under drift av anläggningen. Den kraftfulla gränssnittsenheten kan enkelt anslutas till en rad olika system och nätverk tack vare de många olika gränssnitten.

Gränssnittsenheten bearbetar inkommande signaler och beräknar parametrar som molekylvikt, massflöde och gasvolym samt standardiserade referensvärden. Via ett infrarött gränssnitt kan systemet manövreras intuitivt via en bärbar dator eller surfplatta med hjälp av programvaran FLOWgate™. Integrerade Ethernet- och RS-485-gränssnitt gör att enhetsstatusen kan fjärrövervakas.

Nyckelparametrar och mätvärden som volymflöde, massflöde eller molekylvikt bearbetas, utvärderas och lagras tillförlitligt. Det interna minnet gör det möjligt att arkivera data permanent på ett säkert och strukturerat sätt. Tack vare störningsfri, digital kommunikation kan gränssnittsenheten installeras upp till 1000 m från mätpunkten. Det krävs inte längre en lokal och potentiellt dyr styrenhet med tryckkapsling.

Vissa mätprinciper, som mätning av termisk massa, behöver ren gas för att fungera korrekt. Ultraljudstekniken kan kompensera för avlagringar eller föroreningar på sensorerna genom att automatiskt förstärka signalen. Detta optimerar underhållsintervall, maximerar mätningens drifttid och sänker driftskostnaderna. Dessutom är ultraljudsmätning av fackelgas den enda tekniken som kan arbeta i ett mätspann på upp till 1:4000. Det finns inget behov av att fokusera på höga eller låga flödesförhållanden eftersom mäthastigheter på 0,03 m/s till 120 m/s är möjliga.

För kraven i tillämpningar uppströms, till exempel hydraulisk spräckning, erbjuder Endress+Hauser också transmittern FLOWSIC100 Flare-XT – tillförlitlig och robust utan omkalibrering. Sensorerna ansluts direkt till en befintlig flödesdator. I denna produktkonfiguration behövs inte gränssnittsenheten och varken tryck- eller temperaturtransmittrar krävs.

Vid flödesmätning av fackelgas är varje tillämpning unik: temperatur, tryck, gassammansättning, hastighet osv. kan variera mycket. Därför erbjuder Endress+Hauser individuell användningsutvärdering för varje mätpunkt och försöker hitta den optimala lösningen. Efter utvärderingen får kunden ett datablad med en användningsutvärdering för fackelgas för varje mätpunkt – globalt.