Table of Contents
إن اختيار جهاز الاستشعار من المستوى الصحيح لوسائط الإعلام الكيميائية الشديدة العدوان هو قرار هندسي بالغ الأهمية يؤثر مباشرة على سلامة العمليات، ودقة القياس، وطول النظام، والمواد الكيميائية المعتدية مثل الأحماض القوية، والحلول السببية، والمذيبات، والأوكسيدات، يمكن أن تؤدي بسرعة إلى إبطال مفعول المواد المعيارية، أو القراءات الزائفة، أو التسربات الخطرة، ولإعطاء خيارات مستنيرة، يجب على المهندسين، والإطار التقنيين أن يقيين تقييم الخصائص الكيميائية.
فهم خصائص وسائط الإعلام الكيميائية
وقبل تقييم خيارات الاستشعار، يجب أن تصنفوا وسائط الإعلام الكيميائية بشكل شامل، وحتى في نفس الفئة من المواد الكيميائية (مثل الأحماض المعدنية)، فإن التباينات في التركيز، ودرجة الحرارة، والنقاء يمكن أن تتغير جذرياً، وتشمل المعايير الرئيسية للتحليل ما يلي:
التركيبة الكيميائية والنشاط
(ب) تحديد الأنواع الكيميائية الدقيقة وأي شوارع محتملة - على سبيل المثال، فإن حمض الهيدروكلوريك (HCl) أكثر عدائية بكثير من حامض الكبريتيك بنفس التركيز، كما ينظر في ما إذا كان بإمكان وسائط الإعلام أن تشكل منتجات ثانوية متآكلة في ظروف العمليات، مثل غاز الكلوريد عندما تتحلل المذيبات المكلورة.
مستوى الصحة والتركيز
وتطالب قيم الصحة الفائقة (دون 2 أو أكثر من 12) عادة بالمواد المبتلة المتخصصة، وفي كثير من الحالات، فإن التركيز يُعد أكثر من بطاقة الهيدروجين: يمكن تخزين 98 في المائة من حمض الكبريتيك في فولاذ الكربون، ولكن حمض السلفوري المخفف (أقل من 70 في المائة) يتطلب مواد مقاومة للتآكل قوية مثل PVDF أو PTFE.
درجة الحرارة
وكثيراً ما تضاعف معدلات الكوروزيون مع ارتفاع كل 10 درجات مئوية (18 درجة مئوية) ويجب على المجس أن يتعامل مع درجة حرارة العمليات القصوى وكذلك مع التدوير الحراري، وقد تتطلب المواد الكيميائية الشديدة الحرارة مواد مثل الهستيلو أو السيراميات التي تحتفظ بمقاومتها فوق 200 درجة مئوية.
ظروف الضغط
فالضغط يؤثر على اختيار أجهزة الاستشعار وتركيبها، إذ يمكن للضغوط المرتفعة أن تجبر المواد الكيميائية على الختم المستشعر أو الاختلالات الدقيقة، وبالنسبة للسفن التي تضغط، تنظر في أجهزة الاستشعار التي تُقيَّم للضغط الأقصى والتحقق من تطابق الطين والدايبراغم.
التأشيرات والارتفاع
وبعض المواد الكيميائية العدوانية متأصلة (مثل حمض الفوسفوري المركز) أو تحتوي على مواد صلبة معلّقة، ومن الأفضل في هذه الظروف أن تتجنب أجهزة الاستشعار من المستوى التي تستخدم لقياس غير المطابقة أو تصميمات التنظيف الذاتي التغليف والتنظيف.
أنواع أجهزة الاستشعار من المستوى المناسب للوساطة المعتدية
وقد ثبتت فعالية العديد من تكنولوجيات الاستشعار على المستوى في البيئات التآكلية، ويتوقف أفضل خيار على خصائص وسائط الإعلام المحددة، والدقة المطلوبة، والقيود المفروضة على التركيب.
رادار (النمواف)
وتستخدم أجهزة الاستشعار على مستوى الرادارات موجات الكهرومغناطيسية لقياس المسافة إلى سطح وسائط الإعلام، وبما أن إشارة جهاز الاستشعار لا تتصل بالكيميائية، فإن الهوائي والختم المجهز يحتاج إلى مقاومة كيميائية، فالرادار غير الملوث (الذي يبلغ في الأغلب 26 غيغاهيرتز أو 80 غيغاهيرتز) يمكن تركيبه باستخدام جهاز PTFE أو جهاز رادار ثابت أو جهاز PVDF أو جهاز استنشاق دوارة، مما يجعله مثالياً للحامض ورادياً.
أجهزة الاستشعار من مستوى القدرات
ويمكن قياس مستوى أجهزة الاستشعار القادرة بالكشف عن التغيرات في المقياس الديكلتري بين الكهرومغناطيسي وحائط السفن (أو مسبار مرجعي) ويمكن أن تُجمع الكهرباء في وسائط الإعلام العدوانية مع قوة الشرطة أو PFA أو FEP، وهذه المعاطف توفر مقاومة كيميائية ممتازة مع الحفاظ على الحساسية، غير أن المعاطف قد تقلل من نطاق القياس وتحتاج إلى معايرة دقيقة لوسائط الإعلام ذات الصبغة الديمية المتطورة على نطاق واسع.
أجهزة الاستشعار من المستوى الضوئي
وتستخدم أجهزة الاستشعار الضوئية مصدراً خفيفاً وأجهزة كشف - غالباً ما تكون بالأشعة تحت الحمراء أو واضحة - لتحديد وجود أو عدم وجود سائل في نقطة ما، ويُقدَّم نصب جهاز الاستشعار أو النصائح من الزجاج أو السبات أو البلاستيك المبلَّغ (مثلاً، البوليسولفون الذي يقاوم المواد الكيميائية)، ويفضل على وسائط الإعلام العدوانية أو أجهزة الكشف عن السائل أو السائل الزجاجي الخاص لأنها تقاوم معظم الأحماض.
جهاز الاستشعار من المستوى فوق الصوتي
وترسل أجهزة الاستشعار الصوتية نبضات صوتية وتقيس وقت العودة الصدى، وهي غير ملوثة ويمكن أن تسكن في أجهزة كشف مزودة بأجهزة متعددة الكلورة، أو كينار، أو بوليبروبيلين، لمقاومة المواد الكيميائية، إلا أن الإشارات الفوق الصوتية يمكن أن تخفف من خلال البخار أو الرغاوى أو التكثيف الثقيل، التي تقدم في عمليات كيميائية عدوانية.
جهاز الاستشعار من المستوى المغنطيسي
وتستخدم هذه أجهزة الاستشعار عائمة تحتوي على مغناطيسات تتحرك على طول قضيب مرشد ويمكن بناء القضبان من هاستيلوي أو التيتانيوم أو فولاذ لاصق من طراز 316L مع طلاء PTFE، وتوفر أجهزة الاستشعار المغنطيسية درجة عالية من الدقة وتتناسب مع القياس المستمر للمستوى والتفاعل، وتحتاج إلى اتصال مباشر مع وسائط الإعلام عبر العوامة والزب الدوار، وبالتالي فإن اختيار المواد هو أمر حاسم.
موجة رادار مرشدة مع مستكشفين مبحرين
وبالنسبة لأصعب وسائط الإعلام (مثل حمضات الغلاة، والأوكسيديات القوية)، فإن رادار الموجات المصحوبة بمسمار محكم تماماً من PTFE يقدم قابلية ممتازة للدوام، وتعزل قذيفة PTFE جهاز الاشارات من السائل، ويمكن لهذه المساجين أن تتحكم في درجات الحرارة تصل إلى 260 درجة مئوية (500 درجة مئوية) مع ختم عمليات مناسبة.
Compatibility and Sensor Construction
إن المكونات المبتلة لأية أجهزة استشعار من المستوى، أو أجهزة الاختراق، أو الختم، أو المساكن، تقاوم الهجوم الكيميائي، وينبغي أن يستند اختيار المواد إلى مخططات متوافقة مصدق عليها، ومن المثال، اختبار الارتطام في ظروف العمليات الفعلية، وتشمل المواد المشتركة المستخدمة في أجهزة الاستشعار الكيميائية العدوانية ما يلي:
- PTFE (Teflon) and PFA:] almost universal chemical resistance, inert to nearly all chemicals except molten alkali metals and some fluorine compounds. Used for sensor coatings, linings, and solid probes. Temperature limit about 260 °C (PFA slightly lower).
- PVDF (Kynar): ] excellent resistance to many acids, bases, and aliphatic solvents. Goodميكانيكية strength. Not recommended for strong alkalis at high temperatures. Maximum use temperature:150 °C.
- Polypropylene (PP) and Polyethylene (PE):] Good chemical resistance at moderate temperatures (up to 80-100 °C). Suitable for many acids and bases but can be attacked by strong oxidizers and some solvents.
- Hastelloy (C-276 أو B-2): Nickel-based alloys that resist frting, stress-corrosion cracking, and oxidizing agents. excellent for high-temperature hydrochloric acid, chlorine, and sulfuric acid. Expensive but long-lasting.
- 316L Stainless Steel:] acceptableable for many dilute acids and alkalis at moderate temperatures; can be passivated to enhance resistance. not suitable for strong hydrochloric, sulfuric (above 10%), or chloride environments.
- Ceramics (Alumina, Zirconia): ] Chemically inert and can handle high temperatures. Used in optical sensor tips, capacitive probes (as insulator), and ultrasonic sensor faces. Fragile underميكانيكي shockal.
- Glas (Borosilicate, Quartz):] excellent resistance to most chemicals except hydrofluoric acid and strong hot alkali. Used in sight glass, optical sensors, and radio process windows.
وعند اختيار المواد المبتلة، ينظر أيضا في مواد الختم، وتوفر الغازات التي تدعمها قوة الشرطة الاتحادية، والفلوروئيلات (مثل كالريز، وكيمراز)، والحركة الأوروبية (لتطبيقات محدودة) حماية إضافية.
الإسكان وحماية الإلكترونيات
ولا يتصل البيوت المستشعرة (ضميمة الكترونيا) بالكيماويات، بل قد يتعرض للبخار التآكل أو التصادم أو التكثيف، كما أن المساكن المختارة من الفولاذ اللاصق (316L أو 304) مع طلاء حمض أو PTFE أو مساكن البوليمرات الجديدة (PP, PVDF) تضمن تقدير الحماية من المعاطف (IPMA/X68).
اعتبارات التركيب والصيانة
وحتى أكثر أجهزة الاستشعار مقاومة كيميائياً ستفشل قبل الأوان إذا تم تركيبها بطريقة غير سليمة، وتشمل أفضل الممارسات الرئيسية في مجال تركيب وسائط الإعلام العدوانية ما يلي:
Sealing and Leak Prevention
استخدام أجهزة مركبــة مقاومــة للتآكل - قوة الشرطة أو فولاذ لاصق )٣١٦L( مضخات ومغسلات ومكسرات، وقود مختار مصنوع من أجهزة مضخة متعددة الأغراض، أو أجهزة استشعار مجهزة بجهاز PTFE، وترميم وتركيب مواصفات الصانع لتجنب التسربات التي يمكن أن تهاجم أجزاء الاستشعار أو الأسلاك الخارجية.
عدم الاختلاس والتبديد
أما بالنسبة للرادار غير المطابق والمجسات فوق الصوتية، فإن ضمان أن تكون المصابون بالمصابيح خالية من العوائق، وأن يكون جهاز الاستشعار لا يحجبه الهياكل الداخلية )الزجاجات، والمهاجمين، وقطع التدفئة(، وكثيرا ما تتطلب المواد الكيميائية المعتدية صبغات من نفس المواد المقاوم للتآكلة مثل السفينة.
اعتبارات التأهل والضغط
وإذا كانت درجة حرارة وسائط الإعلام قريبة من الحد الأعلى من مواد الاستشعار، فإن النظر في استخدام أنبوب توسيع )معزل حراري( لنقل الالكترونيات بعيدا عن المنطقة الساخنة، وبالنسبة للسفن ذات الضغط العالي )فوق ١٠ بار(، يجب أن يقي َّم اتصال أجهزة الاستشعار وفقا لذلك وأن يكون متوافقا مع المادة التي تواجه )التي كثيرا ما تكون موجهة نحو PTFE إلى المقاومة الكيميائية(.
العمليات
وتشمل الاتصالات المشتركة المزدحمة (ANSI، DIN، EN flanges with PTFE liners)، والمخزّعة (NPT، BSP مع شريط PTFE)، والمشبكات الصحية الثلاثية مع الغازات المتوافقة، وبالنسبة لوسائط الإعلام الشديدة العدوانية، فإن الاتصالات المزجّة مع مظروف الغاز المغطسّي المُضلّلّل لفرقة PTFE توفر أكثر الختم موثوقية.
التفتيش والتنظيف المنتظمان
(ج) يمكن أن تتسبب مواد كيميائية عدائية كثيرة في تراكم (مثلاً، التهطال الملحي) يجب تنظيفها باستخدام مذيبات متوافقة (مثلاً، الإيزوبروبانول لفرقة العمل المعنية ببروميد الميثيل أو البوليفوري، تجنباً للمذيبات المكلورة القاسية التي قد تهاجم البوليمر).
عوامل المعايرة والاستحقاقات
ويمكن أن تؤثر المواد الكيميائية المعتدية على دقة أجهزة الاستشعار بطرق يجب حسابها أثناء المعايرة والإنشاءات.
التغيرات الديموغرافية
ويعتمد مستشعرات الرادار والرأس على ثابت الديكلتري لوسائط الإعلام، إذ توجد لدى العديد من المواد الكيميائية العدوانية ثابتات مترية تتغير بدرجة الحرارة والتركيز، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تعوض قطرات حمض الهيدروكلوري من حوالي 80 درجة مئوية إلى أقل من 30 درجة مئوية عند 100 درجة مئوية.
الآثار السلوكية
ويمكن لوسائط الإعلام ذات السلوك العالي (مثل الأحماض القوية والحلول الملحية) أن تتدخل في أجهزة استشعار القدرة والتسليم لأن السائل يعمل كجهة سلوكية مختلفة، ويخلق دائرة مكافئة مختلفة، ويستخدم أجهزة الاستشعار المصممة للسائل المسيّر، وكثيرا ما يكون ذلك بتصميم الكهرومغناطيسي مزود بالترددات أو محروسة.
الرغاوي وثبات الآبار
يمكن للرغيف أن يمتص أو يفجر نبضات فوق الصوت، ويمكن أن يسبب التكثيف على وجه الاستشعار صدى كاذبة في الرادار، فبالنسبة لحمل وسائط الإعلام ذات المواد الكيميائية العدوانية، ينظر في الرادار الموجي المرشد أو أجهزة الاستشعار عن طريق الكبسولة، وبالنسبة للتطبيقات المعرضة للانقراض، يمكن أن يحافظ عنصر التدفئة في عدسات الرادارية أو نقية الهواء على مسار واضح للإشارة.
السلامة والامتثال التنظيمي
وكثيراً ما تخضع أجهزة الاستشعار من المستوى للمواد الكيميائية العدوانية لقواعد السلامة الصارمة لمنع التسرب أو الانسكابات أو الفشل الكارث.
ATEX / IECEx/ CSA Certification
وكثير من وسائل الإعلام الكيميائية العدوانية قابلة للاشتعال أو التفجير (مثل المذيبات، والإطلاق الهيدروجيني من ردود الفعل الحمضية) - يجب أن يكون مجس الانتقاء مع السلامة المتعمدة لحماية الانفجارات (Exia)، أو الضميمة المقاوم للشعلة، أو غير مُتَصَلَف (Ex n). ويجب أن يكون التصديق على جهاز الاستشعار متوافقاً مع تصنيف منطقة العمليات.
توجيه معدات الضغط لأوروبا
وبالنسبة للمستشعرات المستخدمة في السفن المضغوطة، تحقق من الامتثال لتوجيه معدات الضغط (2014/68/EU) ويجب تصميم جهاز الاستشعار بحيث يكون أقصى ضغط وضغط اختبار مسموح به للسفن، مع عامل السلامة المناسب وعلامة CE.
FDA / EC1935/2004 for Food and Pharmaceutical
وإذا كانت المادة الكيميائية العدوانية هي عامل تنظيف أو مصحّح يستخدم في تجهيز الأغذية أو المواد الصيدلانية، يجب أن تمتثل المواد المستشعرة لأنظمة الاتصال الغذائي التي وضعها الاتحاد الأوروبي.() وتُقبل عادةً PTFE و PVDF و 316L من الفولاذ اللاصق.
مقرر اختيار جهاز الاستشعار
ولتبسيط عملية الاختيار، وضع مصفوفة مقرر ترجيح العوامل التالية:
- Chemical aggression level (use compatibility chart)
- Temperature and pressure extremes
] - ]Required measurement type (point-level vs. continuous)
- Accuracy and response time needed
وبالنسبة للأحماض الشديدة العدوان (مثلاً، 50 في المائة نتريك، سلفوريك ساخن)، رادار غير ملوث بهائي PTFE، وشهادة كاملة من PED هو أكثر الخراب أماناً، وبالنسبة للآلكليس العالي التمرين (مثل الصودا الهوائية الساخنة)، النظر في رادار موجات مصحوبة بمسلوب هاستيلوي أو كبسولة مع جهاز PTFE.
خاتمة
]واختيار جهاز استشعار من المستوى لوسائط الإعلام الكيميائية الشديدة العدوانية يتطلب تقييما منهجيا لممتلكات المادة الكيميائية، ومواطن قوة تكنولوجيا الاستشعار، وتوافق المواد المبتذلة، وظروف التركيب، وبوصفه موجها نحو درجة الحرارة والضغط والتفاعل والسلوك - يمكن أن يضيق نطاق أنواع الاستشعار: الرادار غير المتنازع على أقصى درجات الأمان، والارتفاع عن مواد الكشف الفعالة من حيث التكلفة، وأجهزة الرادار المرشد للتحقق من صحة المواد.