«Любые два или несколько соединённых между собой сосудов, в которых жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой, называют сообщающимися сосудами. В сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаков, так как в этих сосудах выравнивается давление жидкости.»
Школьный курс физики/ 7 класс /Давление твердых тел и жидкостей
Многие из нас помнят это правило и, не задумываясь, успешно пользуются им в повседневной жизни. Однако, когда речь заходит о промышленном измерении уровня, это знание может сыграть злую шутку. Сегодня речь пойдёт об измерениях в байпасах (выносных колонках).
Применение выносных колонок – это достаточно распространенная практика, к которой прибегают в тех случаях, когда монтаж средств измерения непосредственно в тело емкости затруднён, невозможен, либо, например, требуется дополнительное место измерения для дублирующего уровнемера. При этом идея основана как раз на принципе сообщающихся сосудов и, на первый взгляд, лишена каких-либо подвохов. Но позвольте заметить, что разница всё-таки есть. Если внимательно присмотреться к иллюстрациям школьного учебника, то можно увидеть, что вне зависимости от количества сообщающихся емкостей, каждая из них беспрепятственно сообщается с атмосферой. Кроме того, нет никаких упоминаний ни о температуре, ни и давлении… А если взять учебник физики за тот же 7 класс, но получше и поумнее, например, автора Перышкина, то всё сразу станет гораздо понятнее.
Что мы имеем на практике? Предлагаю рассмотреть несколько практических примеров.
- Емкость под давлением
Теоретически, в данной ситуации воздушная подушка в верхней части выносной колонки должна препятствовать росту уровня, однако, при увеличении давления в емкости, под воздействием давления жидкости, ввиду малого объёма, воздушная пробка достаточно быстро растворяется в продукте – уровень, измеряемый в колонке будет фактически выше уровня в теле емкости. При наличии средств измерения и в самой емкости, и в выносной колонке, сравнение показаний двух датчиков порождает иллюзию некорректной работы одного из датчиков (или даже обоих), хотя это не так – оба прибора исправно детектируют и измеряют фактические уровни заполнения, а ошибка обусловлена исключительно конструктивной особенностью места измерения и условиями процесса.
- Каскад дублирующих колонок
Резервирование путём дублирования или даже утраивания количества мест измерения порой приводит к неожиданным результатам. Плотность химических смесей или углеводородов в значительной степени зависит от температуры. С понижением температуры плотность продуктов повышается и, как следствие, при неизменном количестве уменьшается их объём, что особо заметно в колонках малого диаметра. Нетрудно догадаться, что показания уровня, измеренного датчиками буйкового или микроволнового типа в различных секциях данной позиции так же будут различаться.
- Наличие или непредвиденное появление межфазного уровня
При появлении более плотной (тяжёлой) фазы в придонной зоне емкости при измерении только уровня продуктов с низкой диэлектрической проницаемостью
или, наоборот,
при появлении менее плотной (лёгкой) фракции на поверхности основного измеряемого продукта,
с момента достижения уровня нижней фазы нижнего бокового подвода колонки возможно расхождение показаний уровня, причём, как «верхнего», так и «нижнего» продукта в теле емкости и в выносной колонке, либо в двух, трех и т.д. выносных колонках.
- Ну и, наконец, гвоздь программы, лидер топа обращений в службу поддержки – отсечка бокового подвода (грязь, посторонние предметы и т.д)
Несмотря ни на что, в случае показаний каких-либо значений уровня, вплоть до максимальных, даже при абсолютно пустой ёмкости, это отнюдь не является неисправностью или неправильной работой уровнемера – датчик продолжает честно измерять уровень там, куда его установили. Справедливее и правильнее будет назвать это неисправностью выносной колонки…
Данный вопрос я предлагаю рассмотреть наиболее подробно, разделив его на две части. Будем исходить из того, что в выносной колонке установлен рефлекс-радар – это наиболее распространенный на сегодня вариант, так как, в случае измерения в трубе, преимущества микроволнового контактного принципа перед бесконтактным радаром или буйковым уровнемером очевидны. О них мы поговорим как-нибудь отдельно.
В первом случае всё предельно просто и нет оснований не доверять показаниям прибора – датчик уверенно детектирует сигнал от поверхности оставшегося в отсеченной колонке продукта, то есть продолжает работать в штатном режиме.
Вообще, на моей памяти масса таких примеров и целый веер «гениальных способов решения проблемы»:
- отключение/включение питания датчика;
- сброс к заводским настройкам;
- обновление программного обеспечения;
- замена электроники датчика;
- создание профиля памяти помех с занесением в него полезного эхо-сигнала от продукта;
- редактирование специальных параметров…
и прочие телодвижения, не имеющие ничего общего со здравым смыслом.
Буйковым уровнемерам везёт гораздо больше – в силу отсутствия такого количества «способов», как у электронных уровнемеров они быстрее подвергаются процедуре демонтажа, в результате которой и обнаруживается истинное положение дел…
Во втором случае всё немного сложнее, так как недоверие к работоспособности прибора возрастает ещё больше. И вот почему. Забиты оба подвода.
Данная ситуация, чаще всего, возникает при пусках после строительства или капремонта, однако доставляет немало хлопот. Если предварительно колонка была перелита, то после опорожнения основной емкости, датчик продолжает сигнализировать перелив (если опция сигнализации переполнения не была принудительно выключена в его настройках).
Приведу конкретный пример:
— ёмкость пустая, но датчик, установленный в байпасе, показывает «максимум».
— длина измерительного зонда 1200 мм.
Если внимательно посмотреть на эхо-кривую, можно очень просто понять: есть в колонке продукт или нет, даже не подходя к ней. Обратите внимание на три вещи на диаграмме эхо-кривой:
— стрелка-маркер над диаграммой указывает на расстояние = 0 мм;
— длина зонда обозначена пунктирной линией и соответствет 1,2 м
— единственный сигнал на эхо кривой, расположенный на дистанции 1489 мм, имеет отрицательную амплитуду (-107 мВ) и расположен заведомо дальше нижнего края измерительного зонда:
Этого уже вполне достаточно, чтобы утверждать следующее:
А) измеряемый продукт в выносной колонке есть,
Б) Колонка заполнена доверху, под самую крышку
Почему?
А) Негативный сигнал (сигнал с отрицательной амплитудой), который мы видим на эхо-кривой – это эхо-сигнал, который генерируется от нижнего края измерительного зонда, то есть в том месте, где зонд физически заканчивается. При полном отсутствии продукта, мы бы видели этот сигнал на реальной дистанции, в нашем случае, 1200 мм. Однако в силу того, что в колонке находится продукт, а не воздух или газ, скорость зондирующего импульса снижается пропорционально квадратному корню, извлеченному из величины диэлектрической проницаемости измеряемого продукта. Именно в силу этого замедления мы и видим сигнал не на своём месте, а с некоторым смещением (в нашем случае, это почти 300 мм), что доказывает наличие продукта в колонке.
Б) Утверждение о том, что колонка заполнена «под завязку» обосновано тем, что в её верхней части отсутствует воздушная фаза. Если бы в верхней части было некоторое количество воздуха, то была бы и граница воздух/продукт, которая, в свою очередь, генерирует на эхо-кривой положительный эхо-сигнал. Если переключиться на отображение разностной кривой и положительного порога детектирования – будет особо заметно отсутствие даже каких-либо намёков на полезный сигнал – лишь незначительные собственные шумы в ближней зоне:
Умение работать с диагностическими функциями программного обеспечения и правильно интерпретировать данные диаграмм кривых и сигналов, позволяет избежать ошибок и сориентироваться в спорной ситуации.
Мы рассмотрели 4 самых распространенных на практике случая, которые могут возникнуть при обращении с «сообщающимися сосудами». Но вопросы и проблемы, возникающие в процессе измерений в выносных колонках, на этом не заканчиваются – мы обязательно поговорим о них в одной из соседних статей.