Table of Contents
مقدمة إلى أجهزة الاستشعار على مستوى الرادار في بيئات هرش
وقد أصبحت أجهزة الاستشعار على مستوى الرادار هي التكنولوجيا المتجهة إلى القياس المستمر على مستوى صناعات كثيرة، من النفط والغاز إلى التجهيز الكيميائي ومناولة المواد الصلبة السائبة، وقدرتها على العمل في ظل ظروف بيئية متطرفة مثل درجات الحرارة العالية، والغلاف الجوي التآكلي، والغبار الثقيل، والتردد الشديد، مما يجعلها لا غنى عنها للعمليات الحرجة، غير أن تحقيق أداء موثوق به طويل الأجل في مثل هذه الظروف التي تتطلبها، يتطلب الأمر أكثر من مجرد اختيار أفضل الممارسات المتعلقة بالسلامة.
وتوفر هذه المادة دليلاً عملياً وموثوقاً لتركيب أجهزة الاستشعار على مستوى الرادار في ظروف متطرفة، وسنستكشف التحديات المحددة التي تطرحها مختلف البيئات القاسية، ونناقش كيفية اختيار جهاز الاستشعار الصحيح، وتقنيات التركيب الملائمة التفصيلية، ونعرض استراتيجيات الصيانة التي تبقي القياسات قابلة للاعتماد على مدى سنوات الخدمة.
فهم الظروف البيئية القصوى
فالبيئات الشديدة ليست أحادية الجانب؛ فهي تشمل مجموعة واسعة من الإجهادات التي يمكن أن تضعف أداء أجهزة الاستشعار منفردة أو مجتمعة، والفهم الواضح للظروف في موقع التركيب هو الخطوة الأولى نحو النجاح في التركيب.
المرحلة القصوى
وينبغي أن تعمل أجهزة الاستشعار من مستوى الرادار في كثير من الأحيان في درجات حرارة العمليات من - 40 درجة مئوية إلى 400 درجة مئوية (40 درجة شرقاً إلى +752 درجة شرقاً) أو حتى أعلى في بعض التطبيقات، ويمكن أن تتسبب درجات الحرارة العالية في التوسع الحراري في مكونات الاستشعار، والانجراف في الهواء الالي، وتدهور الختم، وقد تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى التكثيف، أو تكوين الجليد على متن وحدات الحرارة العالية المصممة أو المزخرفة من المواد السكنية.
البيئات المراسلة والكيميائية
وتكشف المصانع الكيميائية والمصافي ومرافق معالجة المياه المستعملة أجهزة الاستشعار عن الأحماض والألكالي والمذيبات وغيرها من وسائل الإعلام العدوانية، ويمكن للمكورات أن تهاجم مصانع الاستشعار، والحيوانات، وختم العمليات، مما يؤدي إلى التسرب، والفشل الإلكتروني، والقراءات الكاذبة، واختيار أجهزة الاستشعار ذات الأجزاء المبتلة من هاستيلوي، أو التنتالوم، أو الخزف، وخدمة الحماية الأساسية مثل هذه.
تراكم الدوافع والجسيمات
وفي صناعات مثل الأسمنت والتعدين ومناولة الحبوب، يمكن أن تُغذّي مستويات عالية من الغبار الهوائي وأن تقلل من قوة الإشارة، كما يمكن أن يدخل الدوق إلى مسكن الاستشعار إذا كانت الفقمات غير كافية، مما يسبب تلوثا داخليا، كما أن أجهزة الاستشعار المجهزة بنظم الهواء، والدروع الواقية، والرادار العالي التردد (مثل 80 جيهرتز) التي تركز على الشعاع أكثر تضييقا تناسبا للبيئة الغبارية.
ارتفاع درجة الهضم والتكثيف
ويمكن أن تؤدي المنشآت الخارجية أو العمليات التي تُستخدم فيها البخار أو التكثيف داخل الهوائي أو على أجهزة الاستشعار الالكترونية إلى وجود دوائر قصيرة أو قياسات خاطئة، ويمكن أن تؤدي أجهزة الاستشعار التي تحتوي على حرائق مثبتة أو معاطف هيائية في الغلاف الجوي إلى تخفيف تراكم الرطوبة، كما أن ارتفاع درجة الحماية من الجرعات، مثل IP66/IP67 أو NEMA 4X، هو شرط أدنى.
اليقظة والإجهاد الميكانيكي
ويمكن أن تؤدي الفحوصات من المضخات أو المكثفات أو المكثفات أو المصادر الخارجية (مثل الزلازل) إلى تطهير الاتصالات أو الإلكترونيات التلفية أو إلى تحويل مسارات الضبط، ويوصى باستخدام هذه التطبيقات أجهزة استشعار الرادار ذات الأقواس المتينة، ومواد التهاب المزج، والروابط الجاهزة أو المشتعلة المصممة لتحمل حمولات الدينامية العالية.
البيئات العالية الضغط
ويمكن أن تتراوح ضغوط العمليات بين الفراغ الكامل والمئات من البارات، ويمكن للضغط أن يشوه مسكن أجهزة الاستشعار، أو ضغط الهوائي، أو يزيل ختم العملية، واختيار أجهزة الاستشعار التي تُقيَّم للضغط التشغيلي الأقصى، مع إجراء تقييم دقيق مناسب (مثلاً، من فئة ANSI، 150 إلى 2500) وأنواع الفقمات، أمر حاسم بالنسبة للسلامة والموثوقية.
اختيار جهاز الاستشعار من مستوى الرادار الصحيح لظروف التطرف
واختيار جهاز الاستشعار المناسب ينطوي على موازنة متطلبات القياس (الدقة، النطاق، زاوية الشعاع) مع تحمل البيئة، وينبغي أن تسترشد المعايير التالية باختياركم.
التردد وسام أنغل
وتشغل أجهزة الاستشعار على مستوى الرادار عادة في الترددات ٦ GHz، و ٢٦ غيغاهيرتز، و ٨٠ غيغاهيرتز الترددية، وتعطي الترددات العالية زوايا أضيق من الشعاع، وتزيد التركيز، مما يساعد على تجنب العقبات داخل السفينة ويقلل من التدخل من جدران الدبابات أو داخلها، وفي ظروف غبارية، فإن الشعاع الضئيل )مثل ٣-٤ درجة عند ٨٠ درجة مئوية( أقل تأثرا بالأشعة الأزكام الأوسع.
المقارنات المادية
استعراض التركيبة الكيميائية والتركيز ودرجات الحرارة في وسط العملية - يجب أن تتأقلم الأجزاء المبللة للمجس )الطنان، الختم، النغم( مع التآكل على مدى الحياة المتوقعة للخدمة، وتشمل المواد المشتركة الصلب غير القابل للصدأ )الجوائز بالنسبة للعديد من التطبيقات(، وهاستيلو سي 276 )ممتاز للمواد الكيميائية القاسية(، وPTFE أو المعاطف الخزفية )الغامبة إلى معظم المواد(.
عمليات الحماية والإثبات في المناطق الخطرة
وبالنسبة للبيئات المبللة أو المبللة، من المستصوب إجراء تقييم دنيا للخط الأحمر IP66/IP68 (NEMA 4X) في المواقع التي قد تحدث فيها أجواء متفجرة (مثل النباتات الكيميائية، ومصافي النفط)، وأجهزة الاستشعار المختارة التي لها شهادات مناسبة مثل ATEX، أو IECEx، أو FM.
تقييمات الحرارة المحيطة وعملية
تحقق من مدى الحرارة المحيطة )لتركيب الحيز الخارجي( ونطاق درجة حرارة العمليات، وبعض أجهزة الاستشعار لها سمة للتعويض عن درجة الحرارة تضبط القياسات استنادا إلى تغيرات في درجة الحرارة، وإذا تجاوزت درجة حرارة العملية الحد الأقصى للمجس، تستخدم كمية حرارية مخففة )مثلا، أشعة طويلة أو مقياس حراري( لحماية الإلكترونيات.
مواصفات اليقظة والصدمات
(ب) البحث عن أجهزة استشعار اختبرت على المعايير الدولية للإهتزازات، مثل IEC 600682 - 6، وقد يتطلب جهاز استشعار مثبت على متن سفينة مهتزة تركيبة مرنة أو معقوفة مع أجهزة إطفاء حرارية لمنع الفشل الميكانيكي.
النواتج الإشارة والاتصالات
وتشمل خيارات النواتج المشتركة ما بين 4 و20 ملليغاً من الأناسول/هرت، ومودبوس، وبروبوس، أو فيلدبوس، أو فوندونس، وبالنسبة للرصد والتشخيص عن بعد في البيئات القصوى، تسمح بروتوكولات HART أو الملعب الرقمي بتغيير البارامترات دون فتح المسكن المستشعر، مما يقلل من التعرض للبيئة القاسية، ويمكن أن تكون هذه المادة أو لوراوا مفيدة بالنسبة للمنشآت التي يصعب الوصول إليها.
التخطيط قبل التركيب
ويمكن للتخطيط السليم قبل تركيب جهاز الاستشعار أن يحول دون العديد من المسائل التشغيلية، وأن يمسح موقع التركيب دراسة دقيقة، مع مراعاة العقبات المادية، ومستويات درجات الحرارة، والمصادر المحتملة للإجهاد الميكانيكي.
Site Survey and Mounting Location
وينبغي تركيب جهاز الاستشعار في موقع يوفر خطا غير مربوط من الأنظار لسطح المنتج، كما أن المناطق الفارغة التي ترتفع مباشرة فوق المجرى الممل، أو التي قد تحدث فيها التكثيف أو التراكم على الهوائي، ولكفالة أن تكون الآبار مزودة بشكل سليم )بمقدار ٢ - ٣ مرات على الأقل من قطر الأنترنا( و
درع الحرارة وإدارة الحرارة
وعندما تتجاوز درجة حرارة العملية درجة الحرارة المحيطة بمجس الاستشعار، من الأهمية بمكان أن يُرفع جهاز الاستشعار على نسيج حراري أو مع معزل حراري، وتسمح الألغاز الطويلة )مثل ٣٠٠ مم أو أكثر( للالكترونيات بأن تظل أكثر برودة بإبقائها أبعد من العملية الساخنة، ويوفر بعض الصانعين مساكن إلكترونية بعيدة يمكن أن تُرفع بعيدا عن المنطقة الساخنة.
الحماية الأرضية والبرق
ويمكن أن تلحق الإضرابات أو الطفرة الكهربائية أضراراً بالأجهزة الالكترونية المجسّدة، إذ أن تركيب جهاز الاستشعار مع الأرض المناسبة لكل تعليمات الصانع، واستخدام أجهزة الحماية المرتدة على كابلات الإشارة وضمان ربط سكن أجهزة الاستشعار بالأرض الأرضية للسفن، وفي المناطق المعرضة للبرق، النظر في أجهزة إضافية لقمع الفولط المتحول.
الحصول على الصيانة
وحتى أفضل أجهزة الاستشعار تحتاج إلى تفتيش دوري، وتخطط للتركيب بحيث يكون جهاز الاستشعار متاحا للتنظيف اليدوي أو فحص المعايرة أو استبدالها، وإذا كانت السفينة في مكان محصور، فإن ذراعا مثقبا أو محركا متحركا يمكن أن ييسر الوصول الآمن.
أفضل الممارسات في مجال التركيب
وفي البيئات القصوى، يجب تنفيذ التركيب نفسه بدقة ورعاية، وستساعد المبادئ التوجيهية التالية على ضمان أداء قوي.
التطعيم والارتطام
استخدام قوسين ثقيلتين من الأقواس والزبابات التي يمكن أن تصمد أمام هزاز السفينة والتوسع الحراري، وضبط جهاز الاستشعار منظومته على سطح المنتج؛ وخطأ حتى بضع درجات يمكن أن يسبب فقدان الإشارة أو صدى زائف، وتشديد كل الفول على المصباح المحدد باستخدام غطاء محرك حراري معماري.
حماية الحيوانات
وفي التطبيقات الغبارية أو الملصقة، يمكن أن يحافظ الدرع الواقي أو نظام التجفيف على نظافة الهوائي، فعلى سبيل المثال، يفجر طوق الهواء الملوّث باستمرار عبر وجه الهوائي لمنع تراكم الغبار، وفي البيئات المتآكلة، يخفض تصميم الهوائي المختلط بالفرقة أو تصميم الفلوراميديا فرصة بناء المواد والهجوم الكيميائي.
مقصورة وبحرية كوندوت
ويجب أن تكون جميع الاتصالات الكهربائية مغلقة بشكل سليم لمنع حدوث جرعات الرطوبة، واستخدام أراض الكابلات التي تُصنف على نفس مستوى المجس كسكن، وإذا استخدمت القناة، تغلق القناة في نهاية المجس بمركب أو مختوم معتمد لحجب الرطوبة من السفر على طول القناة، وفي المناطق الخطرة، يلزم وجود ختم مضاد للتفجيرات داخل جهاز الاستشعار.
النواة الكهربائية والألواح الأرضية
وينبغي أن تُرسل الكابلات اللافتية بعيدا عن كابلات الكهرباء، وأجهزة الدفع بالفلور، وغيرها من مصادر التدخل الكهرومغناطيسي، وأن تستخدم الكابلات الملتوية الملتوية وتُثبت الدرع في نهاية واحدة فقط (الجانب المتحكم) لتجنب الحلقات الأرضية، ويمكن أن يساعد وجود سلك أرضي منفصل من جهاز الاستشعار إلى سطح السفينة على الحفاظ على مسار منخفض التبسيط.
الاختبارات قبل التكليف
وبعد التركيب، أجري اختبارا وظيفيا مع السفينة فارغا ثم بمستوى سائل معروف، تحقق من قوة الإشارة (حانة الإشتعال) باستخدام برنامج التشخيص الخاص بالمجس، ابحث عن صدى زائفة سببها عرقلة السفينة، وعند الاقتضاء، تشغيل قناع زائف، تأكد أن حلقة التليفزيون 4-20 مترا أو الناتج الرقمي تتطابق مع المستوى الصحيح.
معايرة ومفاوضة
(ب) أن تصمم التشكيلات المناسبة جهاز الاستشعار على السفن المحددة وظروف العمليات، وفي البيئات القصوى، تصبح بعض البيئات حاسمة الأهمية.
Empty and Full Distance Settings
)أ( تحديد المسافة الفارغة )نقطة الصفر( والمسافة الكاملة )الصفعة( وفقاً لمقياس الهندسة المادية للسفن، أما بالنسبة للأباص المبتذلة، فينبغي أن تكون النقطة الصفرية في قاع البئر، وليس في قاع السفينة، لتسديد أي تعويض، وإذا كانت قاع الصهاريج ملوثة أو غير نظامية، استخدم جدول أجهزة الاستشعار إلى مستوى الخرائط إلى الحجم.
False Echo Masking
وفي السفن التي توجد بها هياكل داخلية مثل البافلات أو الشفرات أو أكياس التدفئة، يمكن أن تنعكس الإشارة الرادارية في تلك الأجسام، ويتعلم قناع الاستشعار الزائف هذه التأملات أثناء تعليم فارغ يتجاهلها أثناء التشغيل العادي، وفي البيئات القصوى، يعاد تشغيل التدريس في كل مرة تتغير فيها الهندسة الصهريجية )مثلا، بعد استبدال المفترس(.
الضرر والمتوسط
وفي السطح المضطرب أو المتغير بسرعة )مثلا في مفاعل مغلي أو أثناء ملء(، حددوا فترة زمنية مناسبة للخفض )مثل ٥-١٠ ثوان( لتسهيل الناتج، وقد يؤدي انخفاض طفيف جدا إلى اشارات غير منتظمة من نوع ٤-٢٠ ميلا بحريا، بينما قد يخفي الكثير التغيرات الحقيقية، والبدء في تقصير الصانع والتكيف على أساس الأداء الملاحظ.
تعويضات مؤقتة
ومن بين أجهزة الاستشعار الحديثة التي تستخدم الرادار أجهزة استشعار درجة الحرارة للتعويض عن التوسع الحراري في الهوائي أو السفينة، ويمكن الحصول على هذه السمة إذا كانت متاحة، ولا سيما عندما تذبذب درجة حرارة العمليات بدرجة كبيرة، وبالنسبة للرادار غير المتناظر في أفران فراغ عالية الحرارة، قد يلزم تعويض إضافي بسبب التغير في سرعة الضوء في البخار أو البخار.
التشخيص عن بعد وتسجيل البيانات
وفي البيئات القصوى، قد يكون التفتيش المادي غير متكرر، واستخدام قدرات التشخيص لدى جهاز الاستشعار )المنحنيات الصوتية، ونوعية الإشارة، وقراءات درجات الحرارة( لرصد الاتجاهات الصحية، ووضع تنبيهات عن طريق HART أو حافلات ميدانية رقمية لظروف مثل فقدان الإشارات، أو ارتفاع درجة الحرارة، أو الاهتزاز المفرط، ويمكن أن يقلل الوصول عن طريق الاتصال عن الحاجة إلى دخول الموظفين إلى مناطق خطرة.
الصيانة والرصد
وحتى أكثر المنشآت قوة تتطلب إجراء فحص دوري، ويمتد برنامج الصيانة المحسنة الهيكلة إلى مستوى الحساسية ويقلل من وقت التعطل.
فترات التفتيش
فتفتيش جهاز الاستشعار وتركيبه على فترات تحددها شدة البيئة، مثلا، في صومعة الأسمنت الغبارية، تكون عمليات التفتيش المرئية الشهرية للهائيات من أجل البناء عملية حكيمة، وفي عملية كيميائية خفيضة الحرارة، يمكن أن تكون كافية، وتتابع دائما توصيات الصانع ومتطلباته التنظيمية )مثلا بالنسبة للنظم الميسرة(.
إجراءات التنظيف
وعند تنظيف الهوائي، واستخدام كحول غير مستعمل ونظيري أو مواد مخففة من السائل يمكن أن تلحق ضرراً بسطح الهوائي، وبالنسبة للودائع الثقيلة، تسمح بعض أجهزة الاستشعار بإزالة الهوائي دون الإكتئاب في السفينة (بإستخدام صمامات العزل الخاصة)، ولا تستخدم أبداً طائرات الماء ذات الكساد العالي التي يمكن أن تُجبر على التطهير في السكن.
التحقق من معايرة البعثة
سنويا أو بعد أي تغيير رئيسي في العملية، التحقق من معايرة جهاز الاستشعار عن طريق مقارنة قراءته بمستوى الغطس أو المرجعي اليدوي، واستخدام وظيفة المحاكاة التي يقوم بها جهاز الاستشعار للتحقق من الناتج بنسبة ٠,٠ في المائة و ٥٠ في المائة و ١٠٠ في المائة من النطاق، معارضة إذا تجاوز الانحراف مدى التسامح مع الطلب )عادة ٢ ملم للرادار العالي الدقة(.
العنصر الاستباقي
وتتدهور البحار والأفران والغازات بمرور الوقت، ولا سيما تحت درجة الحرارة العالية أو التعرض الكيميائي، واستبدال الختم في الجدول الزمني أثناء عمليات الإغلاق المخططة والتحقق من أن أجزاء الاستبدال مصدق عليها بالنسبة لنفس التصنيفات في المناطق الخطرة، وقد يكون للوحدات الإلكترونية أيضا فترة زمنية محدودة، والنظر في مدى توافر قطع الغيار اللازمة للدعم الطويل الأجل.
استخدام البيانات المتعلقة بالنفقة الافتراضية
تحليل الاتجاهات في انتشار الإشارات، والضوضاء الخلفية، ودرجة الحرارة المستشعرة - قد يشير الانخفاض التدريجي في قوة الإشارة إلى أن الهوائيين قد يغمر أو يرتدى؛ وقد يشير ارتفاع مفاجئ في الضوضاء إلى تدهور الكتروني، ويمكن للمستشعرات الرادارية الحديثة التي لها وظائف " الصحة " أن تصدر تحذيرات قبل حدوث الفشل، مما يسمح بالاستبدال أثناء الصيانة المقررة بدلا من الإصلاحات الطارئة.
دراسة حالة: جهاز استشعار من مستوى الرادار في صالة سيلو
ولم يكن هناك أي مخرج رئيسي من الأسمنت يركب 80 جهاز استشعار من مستوى الرادار GHz على عدة صواعق خام لتحل محل أجهزة الاستشعار فوق الصوتية التي أخفقت كثيرا بسبب الغبار وارتفاع درجات الحرارة، ولم يتم اختيار أجهزة الاستشعار الجديدة من أجل حزمها الضيقة (3 درجات) وقدرات القفز الجوي، وكانت مثبتة على سحابات طولها 300 ملم لإبقاء أجهزة التنظيف الإلكترونية أكثر برودة.
خاتمة
إن تركيب أجهزة استشعار مستوى الرادار في ظروف بيئية متطرفة يشكل تحديا متعدد الأوجه يتطلب تخطيطا دقيقا، واختيارا قويا للمعدات، وتقنيات التركيب الدقيق، وبفهم الإجهاد المحدد، والمتطرف، والتراب، والرطوبة، والضغط، وتطبيق أفضل الممارسات المبينة هنا، يمكن للمهندسين أن يحققوا قياسا موثوقا ودقيقا على المدى الطويل، ويحافظ على الحس الصحيح، ويحافظ على الأداء.